KR20010110413A - Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby - Google Patents
Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby Download PDFInfo
- Publication number
- KR20010110413A KR20010110413A KR1020017008631A KR20017008631A KR20010110413A KR 20010110413 A KR20010110413 A KR 20010110413A KR 1020017008631 A KR1020017008631 A KR 1020017008631A KR 20017008631 A KR20017008631 A KR 20017008631A KR 20010110413 A KR20010110413 A KR 20010110413A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tip
- compound
- substrate
- patterning
- patterning compound
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
- G03F7/704—Scanned exposure beam, e.g. raster-, rotary- and vector scanning
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7007—Alignment other than original with workpiece
- G03F9/7011—Pre-exposure scan; original with original holder alignment; Prealignment, i.e. workpiece with workpiece holder
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
- G03F9/7053—Non-optical, e.g. mechanical, capacitive, using an electron beam, acoustic or thermal waves
- G03F9/7061—Scanning probe microscopy, e.g. AFM, scanning tunneling microscopy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/007—Processes for applying liquids or other fluent materials using an electrostatic field
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
- B05D1/185—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping applying monomolecular layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/26—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by applying the liquid or other fluent material from an outlet device in contact with, or almost in contact with, the surface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q80/00—Applications, other than SPM, of scanning-probe techniques
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/16—Coating processes; Apparatus therefor
- G03F7/165—Monolayers, e.g. Langmuir-Blodgett
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/855—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure
- Y10S977/857—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure including coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/863—Atomic force probe
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/875—Scanning probe structure with tip detail
- Y10S977/877—Chemically functionalized
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
- Y10T428/24917—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including metal layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/24—Nuclear magnetic resonance, electron spin resonance or other spin effects or mass spectrometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
리소그래피 방법은 마이크로 제조, 나노기술 및 분자 전자공학에서 현재 널리 사용되고 있다. 이들 방법은 종종 레지스트 필름의 패터닝, 이어서 기판의 화학적 에칭에 의존한다.Lithographic methods are currently widely used in microfabrication, nanotechnology and molecular electronics. These methods often rely on the patterning of the resist film followed by the chemical etching of the substrate.
예리한 사물 상의 잉크가 모세관력에 의해 종이에 수송되는 딥 펜 (dip pen) 기술은 약 4000년의 역사를 갖고 있다 (Ewing, The Fountain Pen: A Collector's Companion (Running Press Book Publishers, Philadelphia, 1997)). 분자를 대규모 크기 상에 수송하는 것은 역사 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되었다.The dip pen technology, where ink on sharp objects is transported on paper by capillary forces, has a history of about 4000 years (Ewing, The Fountain Pen: A Collector's Companion (Running Press Book Publishers, Philadelphia, 1997)). . Transporting molecules on a large scale has been used extensively throughout history.
본 발명에 의해서, 서로 관련되지만 규모 및 수송 메카니즘에 있어서 본질적으로 상이한 개념을 갖는 상기 2개의 관련 기술이 통합되어 "딥 펜" 나노리소그래피 (DPN)가 개발되었다. DPN은 스캐닝 프로브 현미경 (SPM) 팁 (예를 들어 원자력 현미경 (AFM) 팁)을 "첨단 (nib)" 또는 "펜"으로서, 고체 상태의 기판 (예를 들어금)을 "종이"로서, 고체 상태의 기판에 대한 화학적 친화도를 갖는 분자를 "잉크"로서 사용한다. 팁으로부터 고체 기판으로 분자를 모세관 수송하는 것은 비교적 작은 분자 집합으로 이루어진 패턴을 마이크로미터보다 작은 크기에 직접 기록하기 위해 DPN에 사용된다.With the present invention, the two related technologies, which are related to each other but have essentially different concepts in terms of scale and transport mechanism, have been integrated to develop "Deep Pen" nanolithography (DPN). DPN can be used as a scanning probe microscope (SPM) tip (e.g. atomic force microscope (AFM) tip) as a "nib" or "pen", and a solid substrate (e.g. as a paper) as a "paper" Molecules with chemical affinity for the substrate in the state are used as “ink”. Capillary transport of molecules from the tip to the solid substrate is used in the DPN to directly record patterns of relatively small sets of molecules in sizes smaller than micrometers.
DPN은 분자를 양각 프린팅 방식으로 목적 기판에 직접 수송하는 유일한 리소그래피 방법이 아니다. 예를 들어, 엘라스토머 스탬프를 사용하는 미세 접촉식 프린팅은 금 기판 상에 티올 관능화된 분자의 패턴을 직접 침적시킬 수 있다 (Xia et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 37:550 (1998); Kim et al., Nature, 376:581 (1995); Xia et al., Science, 273:347 (1996); Yan et al., J. Am. Chem. Soc., 120:6179 (1998); Kumar et al., J. Am. Chem. Soc., 114:9188 (1992)). 이 방법은 완전한 패턴 또는 일련의 패턴을 1단계로 목적 기판에 침적시킬 수 있는 DPN에 필적하는 기술이다. 이것은 나노 구조체의 특정 형태 내의 특정 부위에 상이한 종류의 분자를 선택적으로 위치시키고자 하지 않는 한, DPN과 같은 순차적인 기술에 비추어 제시할 수 있는 잇점이다. 이와 관련하여, DPN은 마이크로 접촉식 프린팅 및 많은 다른 기존의 마이크로 및 나노 제조 방법을 보충한다.DPN is not the only lithographic method of transporting molecules directly to the target substrate by embossed printing. For example, microcontact printing using elastomer stamps can directly deposit patterns of thiol functionalized molecules on gold substrates (Xia et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 37: 550 (1998); Kim et al., Nature, 376: 581 (1995); Xia et al., Science, 273: 347 (1996); Yan et al., J. Am. Chem. Soc., 120: 6179 (1998); Kumar et al., J. Am. Chem. Soc., 114: 9188 (1992). This method is comparable to DPN, which can deposit a complete pattern or series of patterns onto a target substrate in one step. This is an advantage that can be presented in the light of sequential techniques, such as DPN, unless it is desired to selectively place different kinds of molecules at specific sites within certain forms of nanostructures. In this regard, DPNs complement micro contact printing and many other existing micro and nano manufacturing methods.
또한, 레지스트층으로서 자체 회합성 단일층 및 다른 유기물질을 사용하여 기판을 패턴화하기 위해 (즉, 후속 가공 또는 흡착 단계를 위해 물질을 제거하기 위해) 스캐닝 프로브 도구, 전자빔 또는 분자빔에 의존하는 다양한 음각 프린팅 기술이 존재한다 (Bottomley, Anal. Chem., 70:425R (1998); Nyffenegger et al., Chem. Re., 97:1195 (1997); Berggren et al., Science, 269:1255 (1995); Sondag-Huethorst et al., Appl. Phys. Lett., 64:285 (1994); Schoer et al., Langmuir, 13:2323 (1997); Xu et al., Langmuir, 13:127 (1997); Perkins et al., Appl. Phys. Lett., 68:550 (1996); Carr et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 15:1446 (1997); Lercel et al., Appl. Phys. Lett., 68:1504 (1996); Sugimura et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 14:1223 (1996); Komeda et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 16:1680 (1998); Muller et al., J. Vac. Sci. Technol. B, 13:2846 (1995); Kim et al., Science, 257:375 (1992)). 그러나, DPN은 비교적 소량의 분자 기판을 레지스트, 스탬프, 복잡한 처리 방법 또는 초음파 처리된 비상업적 도구에 의존하지 않는 나노리소그래피 방식으로 기판에 전달할 수 있다.In addition, relying on scanning probe tools, electron beams or molecular beams to pattern substrates (ie to remove material for subsequent processing or adsorption steps) using self-associative monolayers and other organic materials as resist layers. Various intaglio printing techniques exist (Bottomley, Anal. Chem., 70: 425R (1998); Nyffenegger et al., Chem. Re., 97: 1195 (1997); Berggren et al., Science, 269: 1255 ( 1995); Sondag-Huethorst et al., Appl. Phys. Lett., 64: 285 (1994); Schoer et al., Langmuir, 13: 2323 (1997); Xu et al., Langmuir, 13: 127 (1997 Perkins et al., Appl. Phys. Lett., 68: 550 (1996); Carr et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 15: 1446 (1997); Lercel et al., Appl. Phys. Lett., 68: 1504 (1996); Sugimura et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 14: 1223 (1996); Komeda et al., J. Vac. Sci. Technol. A, 16 : 1680 (1998); Muller et al., J. Vac. Sci. Technol. B, 13: 2846 (1995); Kim et al., Science, 257: 375 (1992). However, DPNs can deliver relatively small amounts of molecular substrates to the substrate in a nanolithographic manner that does not rely on resists, stamps, complex processing methods, or ultrasonically processed non-commercial tools.
그 발명 이후로 AFM에 관련된 문제는 실온으로부터 물을 응축시키고 영상 형성 실험에 큰 영향을 끼치는 공기 중에서 실험을 수행할 때, 특히 나노미터 또는 심지어 옹스트롬 해상도를 달성하기 위해 시도할 때 AFM 팁과 시료 사이에 형성되는 좁은 갭 모세관이다 (Xu et al., J. Phys. Chem. B, 102:540 (1998); Binggeli et al., Appl. Phys. Lett, 65:415 (1994); Fujihira et al., Chem. Lett., 499 (1996); Piner et al., Langmuir, 13:6864 (1997)). 이것은 동력학적인 문제이고, 상대 습도 및 기판 습식 특성에 따라 물이 기판으로부터 팁으로, 또는 그 반대로 수송된다는 것을 보여주었다. 후자의 경우, 준안정 상태의 나노미터 길이 규모 패턴이 AFM 팁으로부터 되적되는 물의 매우 얇은 층으로부터 형성될 수 있다 (Piner et al., Langmuir, 13:6864 (1997)). 본 발명은 수소된 분자가 스스로를 기판에 고정시킬 때 안정한 표면 구조가 형성되어 새로운 종류의 나노리소그래피인 DPN을형성한다는 것을 밝혀내었다.Since that invention, the problem with AFM has been that between the AFM tip and the sample when condensing water from room temperature and performing experiments in air, which has a major impact on imaging experiments, especially when trying to achieve nanometer or even angstrom resolution. Narrow gap capillaries formed in (Xu et al., J. Phys. Chem. B, 102: 540 (1998); Binggeli et al., Appl. Phys. Lett, 65: 415 (1994); Fujihira et al. Chem. Lett., 499 (1996); Piner et al., Langmuir, 13: 6864 (1997)). This is a dynamic problem and has shown that water is transported from the substrate to the tip or vice versa, depending on the relative humidity and substrate wettability. In the latter case, a metastable nanometer length scale pattern can be formed from a very thin layer of water that is backloaded from the AFM tip (Piner et al., Langmuir, 13: 6864 (1997)). The present invention has revealed that when hydrogenated molecules anchor themselves to a substrate, a stable surface structure is formed, forming a new kind of nanolithography, DPN.
또한, 본 발명은 AFM 수행시에 발생하는 물 응축에 의해 발생하는 문제를 극복한다. 특히, AFM을 수행하기 전에 AFM 팁을 특정 소수성 화합물로 코팅할 때 AFM의 해상도가 상당히 개선됨을 밝혀내었다.In addition, the present invention overcomes the problems caused by water condensation occurring during AFM performance. In particular, it has been found that the resolution of the AFM is significantly improved when the AFM tip is coated with certain hydrophobic compounds before performing the AFM.
<발명의 요약>Summary of the Invention
상기한 바와 같이, 본 발명은 "딥 펜" 나노리소그래피, 즉 DPN으로 지칭되는 리 방법을 제공한다. DPN은 분자가 양각 프린팅 방식으로 목적 기판에 전달되는 직접 기록식, 나노리소그래피 기술이다. DPN은 스캐닝 프로브 현미경 (SPM) 팁 (예를 들어 원자력 현미경 (AFM) 팁)을 "펜"으로서, 고체 기판을 "종이"로서 사용한다. 이 팁은 패터닝 화합물 ("잉크")로 코팅하고, 코팅된 팁은 기판에 접촉시켜 패터닝 화합물을 기판에 도포하여 목적 패턴을 생성시킨다. 패터닝 화합물의 분자는 모세관 수송에 의해 팁으로부터 기판에 전달된다. DPN은 다양한 마이크로 규모 및 나노 규모 장치의 제조에 유용하다. 또한, 본 발명은 DPN에 의해 패턴화된 기판 및 DPN 수행용 키트를 제공한다.As mentioned above, the present invention provides a lithographic process called "dip pen" nanolithography, ie DPN. DPN is a direct-write, nanolithography technique in which molecules are delivered to a target substrate in an embossed printing manner. DPN uses a scanning probe microscope (SPM) tip (eg, an atomic force microscope (AFM) tip) as a "pen" and a solid substrate as "paper". This tip is coated with a patterning compound (“ink”), and the coated tip contacts the substrate to apply the patterning compound to the substrate to produce the desired pattern. Molecules of the patterning compound are transferred from the tip to the substrate by capillary transport. DPNs are useful for the manufacture of a variety of micro and nano scale devices. The present invention also provides a substrate patterned by DPN and a kit for performing DPN.
또한, 본 발명은 공기 중에서 AFM 영상화를 수행하는 방법을 제공한다. 이 방버븐 AFM 팁을 소수성 화합물로 코팅하는 것을 포함한다. 이어서, AFM 영상화는 코팅된 팁을 사용하여 공기 중에서 수행된다. 소수성 화합물은 코팅된 AFM 팁을 사용하여 수행된 AFM 영상화가 비코팅된 AFM 팁을 사용하여 수행된 AFM 영상화에 비해 개선되도록 선택된다. 마지막으로, 본 발명은 소수성 화합물로 코팅된 AFM 팁을 제공한다.The present invention also provides a method of performing AFM imaging in air. Coating the Bunburn AFM tip with a hydrophobic compound. AFM imaging is then performed in air using the coated tip. Hydrophobic compounds are selected such that AFM imaging performed using coated AFM tips is improved over AFM imaging performed using uncoated AFM tips. Finally, the present invention provides an AFM tip coated with a hydrophobic compound.
본 발명은 마이크로 제조 및 나노 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 원자력 현미경 영상화 수행 방법에 관한 것이다.The present invention relates to microfabrication and nanofabrication methods. The invention also relates to a method for performing atomic force microscopy imaging.
도 1은 "딥 펜" 나노리소그래피 (DPN)의 개략도이다. 물 메니스커스는 1-옥타데칸티올 (ODT)로 코팅된 원자력 현미경 (AFM) 팁과 금 (Au) 기판 사이에 형성된다. 상대 습도에 의해 조절되는 메니스커스의 크기는 ODT 수송 속도, 효과적인 팁 기판 접촉 영역 및 DPN 해상도에 영향을 준다.1 is a schematic diagram of a "deep pen" nanolithography (DPN). The water meniscus is formed between an atomic force microscope (AFM) tip coated with 1-octadecanethiol (ODT) and a gold (Au) substrate. The size of the meniscus controlled by relative humidity affects the ODT transport rate, effective tip substrate contact area, and DPN resolution.
도 2A는 DPN에 의해 Au 기판에 침적된 1 제곱마이크로미터의 ODT의 측방력 영상이다. 이 패턴은 상대 습도 39%에서 10분 동안 1 Hz의 스캔 속도에서 1 제곱마이크로미터 영역을 스캐닝함으로써 생성되었다. 이어서, 스캔 크기를 3 마이크로미터로 증가시키고, 영상을 기록하면서 스캔 속도를 4 Hz로 증가시켰다.2A is a lateral force image of a square micrometer ODT deposited on an Au substrate by DPN. This pattern was generated by scanning a squared micrometer region at a scan rate of 1 Hz for 10 minutes at 39% relative humidity. The scan size was then increased to 3 micrometers and the scan rate was increased to 4 Hz while recording the image.
도 2B는 DPN에 의해 Au(111)/운모 기판 상에 침적된 ODT 자체 회합성 단일층 (SAM)의 격자 해상된 측방력 영상이다. 이 영상은 신속한 푸리에 전환 (FFT)를 사용하여 여과하고, 데이타의 FFT는 우측 하단에 나타내었다. 단일층은 39% 상대 습도 하에 9 Hz의 속도에서 1000 제곱 Å 면적의 Au(111)/운모 기판을 5회 스캐닝함으로써 생성시켰다.2B is a lattice resolved lateral force image of an ODT self-associating monolayer (SAM) deposited on Au (111) / mica substrate by DPN. This image was filtered using Fast Fourier Transform (FFT) and the FFT of the data is shown at the bottom right. The monolayer was created by scanning five times Au (111) / mica substrates of 1000 square microns area at a rate of 9 Hz under 39% relative humidity.
도 2C는 DPN에 의해 Au/운모 기판에 침적된 30 nm 선 (길이 3 ㎛)의 측방력 영상이다. 선은 1 Hz의 스캔 속도에서 5분 동안 반복적으로 팁을 수직으로 스캐닝함으로써 생성시켰다.2C is a lateral force image of a 30 nm line (3 μm in length) deposited on Au / mica substrate by DPN. Lines were generated by vertically scanning the tip repeatedly for 5 minutes at a scan rate of 1 Hz.
도 2D는 DPN에 의해 Au 기판에 침적된 100 nm 선의 측방력 영상이다. 이 선을 침적시키는 방법은 도 2C의 영상 생성에 사용된 것과 유사하지만, 생성 시간은 1.5분이었다. 모든 영상 (도 2A 내지 2D)에서 어두운 영역은 비교적 마찰이 적은영역에 대응한다.2D is a lateral force image of a 100 nm line deposited on an Au substrate by DPN. The method of depositing this line is similar to that used for the image generation of FIG. 2C, but the generation time was 1.5 minutes. Dark areas in all images (FIGS. 2A-2D) correspond to areas of relatively low friction.
도 3A는 ODT로 코팅된 AFM 팁이 2, 4 및 16분 (좌측에서 우측으로) 동안 기판과 접촉시킨 후의 Au 기판의 측방력 영상이다. 상대 습도는 45%로 일정하게 유지하였고, 영상은 4 Hz의 스캔 속도로 기록하였다.3A is a lateral force image of an Au substrate after an ODT coated AFM tip was in contact with the substrate for 2, 4 and 16 minutes (from left to right). Relative humidity was kept constant at 45% and images were recorded at a scan rate of 4 Hz.
도 3B는 Au 기판 상의 16-머캅토헥사데칸산 (MHDA) 점의 측방력 영상이다. 점을 생성시키기 위해서, MHDA 코팅된 AFM 팁을 Au 기판 상에 10, 20 및 40초 (좌측에서 우측으로) 동안 유지시켰다. 상대 습도는 35%이었다. MHDA 및 ODT의 수송 특성은 상당이 상이하다.3B is a lateral force image of a 16-mercaptohexadecanoic acid (MHDA) point on an Au substrate. To generate the dots, MHDA coated AFM tips were held on Au substrates for 10, 20 and 40 seconds (from left to right). Relative humidity was 35%. The transport properties of MHDA and ODT are quite different.
도 3C는 DPN에 의해 생성된 점 어레이의 측방력 영상이다. 각각의 점은 ODT 코팅된 팁을 표면과 20초 이하 동안 접촉시켜 생성시켰다. 쓰기 및 기록 조건은 도 3A와 동일하였다.3C is a lateral force image of a point array generated by a DPN. Each dot was created by contacting the ODT coated tip with the surface for less than 20 seconds. Write and write conditions were the same as in FIG. 3A.
도 3D는 분자 기재 그리드의 측방력 영상이다. 폭 100 nm, 길이 2 ㎛의 각 선은 그리기 위해 1.5분을 필요로 하였다.3D is a lateral force image of a molecular substrate grid. Each line 100 nm in width and 2 μm in length required 1.5 minutes to draw.
도 4A-B는 AFM 팁을 1-도데실아민으로 코팅하기 전 (도 4A) 및 팁을 1-도데실아민으로 코팅한 후 (도 4B)의 측방력 검출기 출력의 오실로스코프 기록 결과이다. 기록 시간은 4개의 스캔 선에 해당한다. 시그날을 좌우 스캔 모두에 있어서 기록하였기 때문에, 방형파의 높이는 마찰에 직접 비례한다. Y축의 0은 분명히 하기 위하여 위치를 이동시켰다.4A-B show oscilloscope recording results of the lateral force detector output before coating the AFM tip with 1-dodecylamine (FIG. 4A) and after coating the tip with 1-dodecylamine (FIG. 4B). The recording time corresponds to four scan lines. Since the signal was recorded in both the left and right scans, the height of the square wave is directly proportional to the friction. Zero on the Y axis shifted the position for clarity.
도 5A-B는 비변형 AFM 팁에 의한 유리 기판에 수송된 물을 보여주는 측방력 영상 (도 5A) 및 1-도데실아민 코팅된 팁으로 수행한 동일한 실험의 결과 (도 5B)이다. 높이 막대는 임의의 단위이다.5A-B are lateral force images (FIG. 5A) showing water transported to glass substrates by unstrained AFM tips and the results of the same experiment performed with 1-dodecylamine coated tips (FIG. 5B). Height bars are in arbitrary units.
도 6A는 1-도데실아민 코팅된 팁을 사용한 운모 표면의 격자 해상된 측방력 영상이다. 2D 푸리에 전환은 우측 하단에 삽입하여 나타내었다.6A is a lattice resolved lateral force image of a mica surface using a 1-dodecylamine coated tip. 2D Fourier transitions are indicated by insertion at the bottom right.
도 6B는 11-머캅토-1-운데칸올의 자체 회합성 단일층 (SAM)의 격자 해상된 측방력 영상이다. 이 영상은 여과된 푸리에 전환 (FFT)이고, 데이타의 FFT는 우측 하단에 나타내었다. 규모 막대는 임의의 단위이다.6B is a lattice resolved lateral force image of a self associative monolayer (SAM) of 11-mercapto-1-undecanol. This image is filtered Fourier transform (FFT) and the FFT of the data is shown at the bottom right. Scale bars are arbitrary units.
도 6C는 30% 상대 습도에서 운모 상의 물 응축의 토포그래프이다. 높이 막대는 5Å이다.6C is a topography of water condensation on mica at 30% relative humidity. The height bar is 5Å.
도 6D는 30% 상대 습도에서 운모 상의 물 응축의 측방력 영상이다 (도 6C와 동일한 스폿).6D is a lateral force image of water condensation on mica at 30% relative humidity (same spot as in FIG. 6C).
도 7A-B는 라텍스 스피어의 토포그래프 영상으로서, 1-도데실아민으로 변형하기 전후에 아무런 변화가 없음을 보여준다. 높이 막대는 0.1 ㎛이다. 도 7A는 비처리 팁을 사용하여 기록하고, 도 7B는 1-도데실아민으로 코팅한 동일한 팁을 사용하여 기록하였다.7A-B are topographic images of latex spheres showing no change before or after transformation to 1-dodecylamine. The height bar is 0.1 μm. FIG. 7A was recorded using untreated tip and FIG. 7B was recorded using the same tip coated with 1-dodecylamine.
도 8A-B는 1-도데실아민 분자로 코팅한 Si3N4표면의 영상으로서, 균일한 코팅을 보여준다. 도 8A는 1-도데실아민 분자로 코팅된 Si3N4웨이퍼 표면의 토포그래피를 도시한 것으로, 코팅 전과 유사한 특징을 갖는다. 높이 막대는 700Å이다. 도 8B는 측방력 방식으로 기록된 동일한 영역을 도시한 것으로, 어떠한 특이한 마찰 변병이 없음을 보여준다.8A-B are images of Si 3 N 4 surfaces coated with 1-dodecylamine molecules, showing uniform coating. 8A shows a topography of a Si 3 N 4 wafer surface coated with 1-dodecylamine molecules, with similar characteristics as before coating. The height bar is 700Å. FIG. 8B shows the same area recorded in the lateral force mode, showing that there are no unusual friction lesions.
도 9A-C는 DPN에 의한 나노미터 규모 다중 패터닝을 위한 "필수 요소"를 보여주는 나노 규모의 분자 점의 측방력 현미경 (LFM) 영상의 개략적 다이어그램이다. 규모 막대는 100 nm이다. 도 9A는 직경 15 nm의 1,16-머캅토헥사데칸산 (MHA) 점의 생성에 사용된 MHA 코팅된 팁을 사용하여 LFM에 의해 영상화된 Au(111) 상의 상기 MHA 점의 제1 패턴을 보여준다. 도 9B는 도 9A에 나타낸 제1 패턴의 LFM 영상을 기초로 하여 계산된 제2 패턴을 위한 코디네이트를 사용하여 DPN에 의해 형성된 제2 패턴을 보여준다. 도 9C는 제1 및 제2 패턴을 모두 포함하는 최종 패턴을 보여준다. 2개의 패턴 형성 사이에 경과된 시간은 10분이었다.9A-C are schematic diagrams of lateral force microscopy (LFM) images of nanoscale molecular dots showing “essential elements” for nanometer scale multi-patterning by DPN. Scale bar is 100 nm. FIG. 9A shows a first pattern of MHA dots on Au (111) imaged by LFM using MHA coated tips used for the generation of 1,16-mercaptohexadecanoic acid (MHA) dots having a diameter of 15 nm. Shows. FIG. 9B shows a second pattern formed by DPN using the coordinates for the second pattern calculated based on the LFM image of the first pattern shown in FIG. 9A. 9C shows a final pattern that includes both first and second patterns. The time that elapsed between the two pattern formations was 10 minutes.
도 10A-C에서 규모 막대는 100 nm이다. 도 10A는 DPN에 의해 MHA 분자를 사용하여 생성된 폭 50 nm의 선 및 배열 마크를 포함하는 제1 패턴을 보여준다. 도 10B는 ODT 분자를 사용하여 생성된 제2 패턴을 보여준다. 제2 패터의 코디네이트는 MHA 배열 패턴의 LFM 영상을 기초로 하여 조정하였다. 제1 선 패턴은 제2 분자에 의한 오염 가능성을 억제하기 위해 영상화하지 않았다. 도 10C는 70 nm 떨어진, 서로 깍지낀 형태의 폭 50 nm의 선을 포함하는 최종 결과를 보여준다.Scale bars in Figures 10A-C are 100 nm. 10A shows a first pattern comprising a 50 nm wide line and alignment mark generated using MHA molecules by DPN. 10B shows a second pattern generated using ODT molecules. The coordination of the second pattern was adjusted based on the LFM image of the MHA array pattern. The first line pattern was not imaged to suppress the possibility of contamination by the second molecule. FIG. 10C shows the final result including lines 50 nm in width, interdigitated, 70 nm apart.
도 11A는 무정형 금 표면 상에 MHA 분자를 사용하여 DPN에 의해 그려진 문자를 보여준다. 규모 막대는 100 nm이고, 선의 폭은 15 nm이다.11A shows letters drawn by DPN using MHA molecules on an amorphous gold surface. The scale bar is 100 nm and the line width is 15 nm.
도 11B는 무정형 금 표면 상에 MHA 분자를 사용하여 DPN에 의해 그려진 다각형을 보여준다. ODT 분자는 다각형 주위에 중첩되어 씌여졌다. 규모 막대는 1 ㎛이고, 선의 폭은 100 nm이다.11B shows the polygon drawn by DPN using MHA molecules on an amorphous gold surface. ODT molecules were overlaid around polygons. The scale bar is 1 μm and the line width is 100 nm.
DPN은 스캐닝 프로브 현미경 (SPM) 팁을 이용한다. 본원에서 사용된 구문 "스캐닝 프로브 현미경 팁" 및 "SPM 팁"은 원자력 현미경 (AFM) 팁, 근대역 스캐닝 광학 현미경 (NSOM) 팁, 스캐닝 터널링 현미경 (STM) 팁 및 유사한 특성을 갖는 장치를 포함하는 원자 규모 영상화에 사용되는 팁을 의미한다. 많은 SPM 팁은 상업적으로 시판되고 있으며, 시판사에서 제공하는 지침서를 사용하여 이와 유사한 장치를 개발할 수 있다.DPN uses a scanning probe microscope (SPM) tip. As used herein, the phrases "scanning probe microscope tip" and "SPM tip" include atomic force microscope (AFM) tips, near-band scanning optical microscope (NSOM) tips, scanning tunneling microscope (STM) tips, and devices with similar properties. Means the tip used for atomic scale imaging. Many SPM tips are commercially available and similar devices can be developed using commercially available instructions.
SPM 팁은 AFM 팁이 가장 바람직하다. 어떠한 AFM 팁도 사용가능하다. 적합한 AFM 팁은 예를 들어 Park Scientific, Digital Instrument 및 Molecular Imaging에서 시판되는 것을 포함한다.The SPM tip is most preferably the AFM tip. Any AFM tip can be used. Suitable AFM tips include, for example, those sold by Park Scientific, Digital Instrument, and Molecular Imaging.
또한, NSOM 팁도 바람직하다. 이 팁은 가운데가 비어 있고, 패터닝 화합물은 DPN에 사용되는 "파운틴 펜" 형태를 생성하기 위해 패터닝 화합물의 저장기로서 기능하는 NSOM 팁의 중공(中空)에 축적된다. 적합한 NSOM 팁은 Nanonics Ltd. 및 Topometrix에서 시판하는 것을 사용할 수 있다.NSOM tips are also preferred. This tip is hollow in the middle, and the patterning compound accumulates in the hollow of the NSOM tip, which acts as a reservoir of the patterning compound to produce a "fountain pen" form used for DPN. Suitable NSOM tips are available from Nanonics Ltd. And those available from Topometrix.
팁은 패터닝 화합물이 단지 물리적으로 결합하는 것이 바람직하다. 본원에서 사용된 "물리적으로 결합하다"는 표현은 패터닝 화합물이 화학적 반응의 결과보다는 (화학적 흡착 또는 공유 결합에 의하지 않고) 다른 수단에 의해 팁 표면에 부착하고, 적합한 용매를 사용하여 팁 표면으로부터 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 패터닝 화합물의 팁에 대한 물리적 결합은 팁을 부착층으로 코팅하고 패터닝 화합물에 대한 적합한 용매 (사용될 경우)를 선택하여 증강될 수 있다. 부착층은 팁의 형태를 크게 변형시키지 않는 팁 표면 상에 침적된 물질의 균일한 박층 (<10nm)이다. 또한, AFM 작동 (약 10 nN의 힘)을 견딜 만큼 충분히 강해야 한다. 티탄 및 크롬은 팁의 형태를 크게 변형시키지 않으면서 팁 상의 매우 얇은 균일한 층을 형성한다. 팁은 진공 증착 (Holland, Vacuum Deposition Of Thin Films (Wiley, New York, NY, 1956) 참조)에 의해 또는 다른 금속 박막 형성 방법에 의해 부착층으로 코팅될 수 있다. 적합한 용매는 사용된 패터닝 화합물, 팁이 부착층으로 코팅되었느지의 여부에 상관없이 사용된 팁의 종류 및 부착층 형성에 사용된 물질에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 아세토니트릴은 비코팅된 질화규소 팁에 잘 부착하여 패터닝 화합물에 대한 용매로서 아세토니트릴이 사용될 때 부착층을 사용할 필요가 없게 한다. 반대로, 물은 비코팅된 질화규소 팁에는 부착하지 않는다. 물은 티탄 코팅된 질화규소 팁에 잘 부착하고, 이러한 코팅된 팁은 물이 용매로서 사용될 때 사용될 수 있다. 또한, 패터닝 화합물의 수용액의 물리적 결합은 (부착층으로 코팅되거나 코팅되지 않은) 팁의 친수성을 증가시킴으로써 증강될 수 있다. 예를 들어, 친수성은 팁을 세정(예를 들어 피라냐 용액을 사용하여, 플라즈마 세정에 의해 또는 UV 오존 세정을 사용하여)함으로써 또는 산소 플라즈마 에칭에 의해 증가시킬 수 있다 (예를 들어 Lo et al., Langmuir, 15, 6522-6526 (1999); James et al., Langmuir, 14, 741-744 (1998) 참조). 별법으로, 물과 다른 용매의 혼합물 (예를 들어 1:3 비율의 물:아세토니트릴)을 비코팅된 질화규소 팁에 부착시킴으로써 부착층의 사용 또는 친수성 증가를 위한 처리를 사용할 필요가 없게 만들 수 있다. 특정 환경을 위한 적합한 용매는 본원에서 제시하는 지침을 사용하여 경험적으로 결정할 수 있다.The tip is preferably only physically bound by the patterning compound. As used herein, the phrase "physically bind" means that the patterning compound is attached to the tip surface by other means (not by chemical adsorption or covalent bonding) rather than as a result of a chemical reaction, and removed from the tip surface using a suitable solvent. It can be. Physical bonding to the tip of the patterning compound can be enhanced by coating the tip with an adhesive layer and selecting a suitable solvent (if used) for the patterning compound. The adhesion layer is a uniform thin layer (<10 nm) of material deposited on the tip surface that does not significantly alter the shape of the tip. In addition, it must be strong enough to withstand AFM operation (force of about 10 nN). Titanium and chromium form a very thin uniform layer on the tip without significantly deforming the shape of the tip. The tip may be coated with an adhesion layer by vacuum deposition (see Holland, Vacuum Deposition Of Thin Films (Wiley, New York, NY, 1956)) or by other metal thin film formation methods. Suitable solvents will depend on the patterning compound used, the type of tip used and the material used to form the adhesion layer, whether or not the tip is coated with an adhesion layer. For example, acetonitrile adheres well to uncoated silicon nitride tips, eliminating the need to use an adhesion layer when acetonitrile is used as a solvent for the patterning compound. In contrast, water does not adhere to the uncoated silicon nitride tip. Water adheres well to titanium coated silicon nitride tips, which can be used when water is used as a solvent. In addition, the physical bonding of the aqueous solution of the patterning compound can be enhanced by increasing the hydrophilicity of the tip (coated or uncoated with an adhesive layer). For example, hydrophilicity can be increased by cleaning the tip (eg using a piranha solution, by plasma cleaning or using UV ozone cleaning) or by oxygen plasma etching (eg Lo et al. Langmuir, 15, 6522-6526 (1999); see James et al., Langmuir, 14, 741-744 (1998). Alternatively, a mixture of water and other solvents (e.g., water: acetonitrile in a 1: 3 ratio) can be attached to the uncoated silicon nitride tip, eliminating the need for use of an adhesion layer or treatment for increased hydrophilicity. . Suitable solvents for a particular environment can be determined empirically using the guidelines set forth herein.
기판은 임의의 형태 및 크기일 수 있다. 특히, 기판은 평면이거나 곡면일 수 있다. 기판은 안정한 표면 구조를 형성하기 위해 패터닝 화합물에 의해 변형될 수 있는 임의의 물질로 제조될 수 있다 (하기 참조). 본 발명의 실시에 유용한 기판은 금속 (예를 들어 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 팔라듐), 산화금속 (예를 들어 Al, Ti, Fe, Ag, Zn, Zr, In, Sn 및 Cu의 산화물), 반도체 재료 (예를 들어 Si, CdSe, CdS, 및 ZnS로 코팅된 CdS), 자성 재료 (예를 들어 강자성체), 중합체 또는 중합체 코팅된 기판, 초전도체 재료 (YBa2Cu307-δ), Si, SiO2, 유리, AgI, AgBr, HgI2, PbS, PbSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, InP, In203/SnO2, In2S3, In2Se3, In2Te3, Cd3P2, Cd3As2, InAs, AlAs, GaP 및 GaAs를 포함한다. 상기 기판의 제조 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 증발 및 스퍼터링 (금속 필름), 결정 반도체 성장 (예를 들어, Si, Ge, GaAs), 화학 기상 증착 (반도체 박막), 적층 성장 (결정 반도체 박막), 및 열 수축 (배향 중합체) (예를 들어, Alcock et al., Canadian Metallurgical Quarterly, 23,309 (1984); Holland, Vacuum Deposition of Thin Films (Wiley, New York 1956); Grove, Philos. Trans. Faraday Soc., 87 (1852); Teal, IEEE Trans. Electron Dev. ED-23,621 (1976); Sell, Key Eng Materials, 58,169 (1991); Keller et al., Float-Zone Silicon (Marcel Dekker, New York, 1981); Sherman, Chemical Vapor Deposition For Microelectronics : Principles, Technology And Applications (Noyes, Park Ridges, NJ, 1987); Epitaxial Silicon Technology (Baliga, ed., Academic Press, Orlando, Florida, 1986); 미국 특허번호 제 5,138,174호; Hidber et al., Langmuir, 12, 5209-5215 (1996) 참조). 적합한 기판은 또한 예를 들어 Digital Instruments (금), Molecular Imaging (금), Park Scientific (금), Electronic Materials, Inc. (반도체 웨이퍼), Silicon Quest, Inc. (반도체 웨이퍼), MEMS TechnologyApplicationsCenter, Inc. (반도체 웨이퍼), Crystal Specialties, Inc. (반도체 웨이퍼), Siltronix, Switzerland (규소 웨이퍼), Aleene's, Buellton, CA (이축 배향 폴리스티렌 시트), 및 Kama Corp., Hazelton, PA (폴리스티렌 배향 박막)으로부터 구입할 수 있다.The substrate can be of any shape and size. In particular, the substrate may be flat or curved. The substrate can be made of any material that can be modified by the patterning compound to form a stable surface structure (see below). Substrates useful in the practice of the present invention include metals (eg gold, silver, aluminum, copper, platinum and palladium), metal oxides (eg Al, Ti, Fe, Ag, Zn, Zr, In, Sn and Cu). Oxides), semiconductor materials (e.g. CdS coated with Si, CdSe, CdS, and ZnS), magnetic materials (e.g. ferromagnetic), polymer or polymer coated substrates, superconductor materials (YBa 2 Cu 3 0 7-δ ), Si, SiO 2 , glass, AgI, AgBr, HgI 2 , PbS, PbSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, InP, In 2 0 3 / SnO 2 , In 2 S 3 , In 2 Se 3 , In 2 Te 3 , Cd 3 P 2 , Cd 3 As 2 , InAs, AlAs, GaP and GaAs. Methods of making such substrates are known in the art and include evaporation and sputtering (metal films), crystalline semiconductor growth (eg, Si, Ge, GaAs), chemical vapor deposition (semiconductor thin films), lamination growth (crystalline semiconductor thin films). ), And heat shrink (orientation polymer) (e.g. Alcock et al., Canadian Metallurgical Quarterly, 23,309 (1984); Holland, Vacuum Deposition of Thin Films (Wiley, New York 1956); Grove, Philos. Trans.Faraday Soc., 87 (1852); Teal, IEEE Trans. Electron Dev.ED-23,621 (1976); Sell, Key Eng Materials, 58,169 (1991); Keller et al., Float-Zone Silicon (Marcel Dekker, New York, 1981); Sherman, Chemical Vapor Deposition For Microelectronics: Principles, Technology And Applications (Noyes, Park Ridges, NJ, 1987); Epitaxial Silicon Technology (Baliga, ed., Academic Press, Orlando, Florida, 1986); US Patent No. 5,138,174; see Hidber et al., Langmuir, 12, 5209-5215 (1996)). Suitable substrates also include, for example, Digital Instruments (Gold), Molecular Imaging (Gold), Park Scientific (Gold), Electronic Materials, Inc. (Semiconductor Wafer), Silicon Quest, Inc. (Semiconductor Wafer), MEMS Technology Applications Center, Inc. (Semiconductor Wafer), Crystal Specialties, Inc. (Semiconductor wafer), Siltronix, Switzerland (silicon wafer), Aleene's, Buellton, CA (biaxially oriented polystyrene sheet), and Kama Corp., Hazelton, PA (polystyrene oriented thin film).
SPM 팁은 목적 기판에 패터닝 화합물을 전달하는데 사용된다. 안정한 표면 구조를 형성시키기 위해 기판을 변형시킬 수 있는 한, 어떠한 패터닝 화합물도 사용할 수 있다. 안정한 표면 구조는 패터닝 화합물 분자의 기판에 대한 화학적 흡착 또는 패터닝 화합물의 기판에 대한 공유 결합에 의해 형성된다.The SPM tip is used to deliver the patterning compound to the target substrate. Any patterning compound can be used so long as the substrate can be modified to form a stable surface structure. Stable surface structures are formed by chemical adsorption of the patterning compound molecules to the substrate or covalent bonding of the patterning compound to the substrate.
패터닝 화합물로서 사용될 수 있는 많은 안정한 화합물 및 이들 화합물에 대응하는 기판(들)은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어,Many stable compounds that can be used as patterning compounds and substrate (s) corresponding to these compounds are known in the art. E.g,
a. 화학식 R1SH, R1SSR2, R1SR2, R1SO2H, (R1)3P, R1NC, R1CN, (R1)3N, R1COOH, 또는 ArSH의 화합물은 금 기판을 패터닝하는데 사용될 수 있고,a. Of formula R 1 SH, R 1 SSR 2 , R 1 SR 2 , R 1 SO 2 H, (R 1 ) 3 P, R 1 NC, R 1 CN, (R 1 ) 3 N, R 1 COOH, or ArSH Compounds can be used to pattern gold substrates,
b. 화학식 R1SH, (R1)3N, 또는 ArSH의 화합물은 은, 구리, 팔라듐 및 반도체 기판의 패터닝에 사용될 수 있으며,b. Compounds of the formula R 1 SH, (R 1 ) 3 N, or ArSH can be used for patterning silver, copper, palladium and semiconductor substrates,
c. 화학식 R1NC, R1SH, R1SSR2, 또는 R1SR의 화합물은 백금 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,c. Compounds of the formula R 1 NC, R 1 SH, R 1 SSR 2 , or R 1 SR can be used for patterning platinum substrates,
d. 화학식 R1SH의 화합물은 알루미늄, TiO2, SiO2, GaAs 및 InP 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,d. Compounds of the formula R 1 SH can be used for patterning aluminum, TiO 2 , SiO 2 , GaAs and InP substrates,
e. 화학식 R1SiCl3, R1Si(OR2)3, (R1COO)2, R1CH=CH2, RLi 또는 R1MgX의 화합물을 포함하는 유기실란은 Si, SiO2및 유리 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,e. Organosilanes comprising a compound of the formula R 1 SiCl 3 , R 1 Si (OR 2 ) 3 , (R 1 COO) 2 , R 1 CH═CH 2 , RLi or R 1 MgX include Si, SiO 2 and glass substrates. Can be used for patterning,
f. 화학식 R1COOH 또는 RCONHR2는 산화금속 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,f. Formula R 1 COOH or RCONHR 2 can be used for the patterning of metal oxide substrates,
g. 화학식 R1SH, R1NH2, ArNH2, 피롤 또는 피롤 유도체 (여기서 R1은 피롤 고리의 탄소 중의 하나에 부착됨)의 화합물은 고온 초전도체의 패터닝에 사용될 수 있고,g. Compounds of the formula R 1 SH, R 1 NH 2 , ArNH 2 , pyrrole or pyrrole derivatives, wherein R 1 is attached to one of the carbons of the pyrrole ring, can be used for patterning high temperature superconductors,
h. 화학식 R1PO3H2의 화합물은 ZrO2및 In203/SnO2기판의 패터닝에 사용될 수 있고,h. Compounds of formula R 1 PO 3 H 2 can be used for patterning ZrO 2 and In 2 O 3 / SnO 2 substrates,
i. 화학식 R1COOH의 화합물은 알루미늄, 구리, 규소 및 백금 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,i. Compounds of formula R 1 COOH can be used in the patterning of aluminum, copper, silicon and platinum substrates,
j. 비포화 화합물, 예를 들어 아조알칸 (R2NNR3) 및 이소티오시아네이트 (R3NCS)는 규소 기판의 패터닝에 사용될 수 있고,j. Unsaturated compounds such as azoalkanes (R 2 NNR 3 ) and isothiocyanates (R 3 NCS) can be used for patterning silicon substrates,
k. 단백질 및 펩티드는 금, 은, 유리, 규소 및 폴리스티렌의 패터닝에 사용될 수 있다.k. Proteins and peptides can be used for the patterning of gold, silver, glass, silicon and polystyrene.
상기 화학식에서,In the above formula,
R1및 R2는 각각 화학식 X(CH2)n을 갖고, 화합물이 R1및 R2모두로 치환되면, R1및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며;R 1 and R 2 have the general formula n X (CH 2), respectively, if the compound is substituted with both R 1 and R 2, R 1 and R 2 may be the same or different;
n은 0 내지 30이며;n is 0 to 30;
Ar은 아릴이며;Ar is aryl;
X는 -CH3, -CHCH3, -COOH, -CO2(CH2)mCH3, -OH, -CH2OH, 에틸렌 글리콜, 헥사(에틸렌 글리콜), -O(CH2)mCH3, -NH2, -NH(CH2)mNH2, 할로겐, 글루코즈, 말토즈, 풀러렌(fullerene) C60, 핵산 (올리고뉴클레오티드, DNA, RNA 등), 단백질 (예를 들어 항체 또는 효소) 또는 리간드 (예를 들어 항원, 효소 기질 또는 수용체)이며;X is -CH 3 , -CHCH 3 , -COOH, -CO 2 (CH 2 ) m CH 3 , -OH, -CH 2 OH, ethylene glycol, hexa (ethylene glycol), -O (CH 2 ) m CH 3 , -NH 2 , -NH (CH 2 ) m NH 2 , halogen, glucose, maltose, fullerene C60, nucleic acid (oligonucleotide, DNA, RNA, etc.), protein (eg antibody or enzyme) or ligand (Eg, antigens, enzyme substrates or receptors);
m은 0 내지 30이다.m is 0-30.
패터닝 화합물 및 그의 제조 및 용도에 대한 설명은 문헌 [Xia and Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed., 37,550-575 (1998) 및 여기서 인용된 문헌; Bishop et al., Curr. Opinion Colloid Interface Sci., 1,127-136 (1996); Calvert, J. Vac. Sci. Technol. B, 11,2155-2163 (1993); Ulman, Chem. Rev., 96: 1533 (1996) (금에 대한 알칸티올); Dubois et al., Annu. Rev. Phys. Chem., 43: 437 (1992) (금에 대한 알칸티올); Ulman, An Introduction to Ultrathin Organic Films : From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic, Boston, 1991) (금에 대한 알칸티올); Whitesides, Proceedings of the Robert A. Welch Foundation 39th Conference On Chemical Research Nanophase Chemistry, Houston, TX, pages109-121 (1995) (금에 부착된 알칸티올); Mucic et al. Chem. Commun. 555-557 (1996) (금 표면에 대한 3' 티올 DNA의 부착 방법을 설명); 미국 특허 제5,472,881호 (금 표면에 대한 올리고뉴클레오티드-포스포로티올레이트의 결합); Burwell, Chemical Technology, 4,370-377 (1974) and Matteucci and Caruthers, J. Am. Chem. Soc., 103,3185-3191 (1981) (실리카 및 유리 표면에 대한 올리고뉴클레오티드 알킬실록산의 결합); Grabar et al., Anal. Chem., 67, 735-743 (아미노알킬실록산의 결합 및 머캅토알킬실록산의 유사한 결합); Nuzzo et al., J. A7m. Chem. Soc., 109,2358 (1987) (금에 대한 디술피드); Allara and Nuzzo, Languir, 1,45 (1985) (알루미늄에 대한 카르복실산); Allara and Tompkins, J. Colloid Interface Sci., 49,410-421 (1974) (구리에 대한 카르복실산); Iler, The Chemistry Of Silica, Chapter 6, (Wiley 1979) (실리카에 대한 카르복실산); Timmons and Zisman, J Ph Chem., 69,984-990 (1965) (백금에 대한 카르복실산); Soriaga and Hubbard, J. Am. Chem. Soc., 104,3937 (1982) (백금에 대한 방향족 고리 화합물); Hubbard, Acc. Chem. Res., 13,177 (1980) (백금에 대한 술폴란, 술폭시드 및 다른 관능화된 용매); Hickman et al., J. Am. Chem. Soc., 111,7271 (1989) (백금에 대한 이소니트릴); Maoz and Sagiv, Languir, 3,1045 (1987) (실리카에 대한 실란); Maoz and Sagiv, Languir, 3,1034 (1987) (실리카에 대한 실란); Wasserman et al., Languir, 5,1074 (1989) (실리카에 대한 실란); Eltekova and Eltekov, Languir, 3,951 (1987) (이산화티탄 및 실리카에 대한 방향족 카르복실산, 알데히드, 알콜 및 메톡시기); 및 Lec et al., J. Phys. Chem., 92,2597(1988) (금속에 대한 경질 인산염); Lo et al., J. Am. Chem. Soc., 118,11295-11296 (1996) (초전도체에 대한 피롤의 부착); Chen et al., J Am. Chem. Soc., 117,6374-5 (1995) (초전도체에 대한 아민 및 티올의 부착); Chen et al., Languir, 12,2622-2624 (1996) (초전도체에 대한 티올의 부착); McDevitt et al., U. S. Patent No. 5,846,909 (초전도체에 대한 아민 및 티올의 부착); Xu et al., Langmuir, 14,6505-6511 (1998) (초전도체에 대한 아민의 부착); Mirkin et al., Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 9,167-173 (1997) (초전도체에 대한 아민의 부착); Hovis et al., J. Phys. Chem. B, 102, 6873-6879 (1998) (규소에 대한 올레핀 및 디엔의 부착); Hovis et al., Surf. Sci., 402-404,1-7 (1998) (규소에 대한 올레핀 및 디엔의 부착); Hovis et al., J Phys. Chem. B, 101,9581-9585 (1997) (규소에 대한 올레핀 및 디엔의 부착); Hamers et al., J Phys. Chem. B, 101,1489-1492 (1997) (규소에 대한 올레핀 및 디엔의 부착); Hamers et al., 미국 특허 제5,908,692호 (규소에 대한 올레핀 및 디엔의 부착); Ellison et al., J. Phys. Chem. B, 103,6243-6251 (1999) (규소에 대한 이소티오시아네이트의 부착); Ellison et al., J Phys. Chem. B, 102,8510-8518 (1998) (규소에 대한 아조알칸의 부착); Ohno et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol., Sect. A, 295,487-490 (1997) (GaAs에 대한 티올의 부착); Reuter et al., Mater. Res. Soc. Symp. I'roc., 380,119-24 (1995) (GaAs에 대한 티올의 부착); Bain, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.), 4,591-4 (1992) (attachment of thiols to GaAs); Sheen et al., J Am. Chem. Soc., 114,1514-15 (1992) (GaAs에 대한 티오의 부착);Nakagawa et al., Jpn. J. Appl. Phys., Part 1,30,3759-62 (1991) (GaAs에 대한 티올의 부착); Lunt et al., J. Appl. Phys., 70,7449-67 (1991) (GaAs에 대한 티올의 부착); Lunt et al., J. Vac. Sci. Technol., B, 9,2333-6 (1991) (GaAs에 대한 티올의 부착); Yamamoto et al., Languir ACS ASAP, web release number Ia990467r (InP에 대한 티올의 부착); Gu et al., J Phys. Chem. B, 102,9015-9028 (1998) (InP에 대한 티올의 부착); Menzel et al., Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 11,131-134 (1999) (금에 대한 디술피드의 부착), Yonezawa et al., Chem. Mater., 11, 33-35 (1999) (금에 대한 디술피드의 부착); Porter et al., Langmuir, 14, 7378-7386 (1998) (금에 대한 디술피드의 부착); Son et al., J. Phys. Chem., 98, 8488-93 (1994) (금 및 구리에 대한 니트릴의 부착), Steiner et al., Langmuir, 8, 2771-7 (1992) (금 및 구리에 대한 니트릴의 부착), Solomun et al., J. Phys. Chem., 95, 10041-9 (1991) (금에 대한 니트릴의 부착), Solomun et al., Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem., 95, 95-8 (1991) (금에 대한 니트릴의 부착), Henderson et al., Inorg. Chim. Acta, 242, 115-24 (1996) (금에 대한 이소니트릴의 부착), Huc et al. J. Phys. Chem. B, 103, 10489-10495 (1999) (백금에 대한 이소니트릴의 부착), Steiner et al., Langmuir, 8, 90-4 (1992) (금에 대한 아민 및 포스핀의 부착 및 구리에 대한 아민의 부착); Mayya et al., J. Phys. Chem. B, 101, 9790-9793 (1997) (금 및 은에 대한 아민의 부착); Chen et al., Languir, 15,1075-1082 (1999) (금에 대한 카르복실레이트의 부착); Tao, J. Am. Chem. Soc., 115, 4350-4358 (1993) (구리 및 은에 대한 카르복실레이트의 부착);Laibinis et al., J Am. Chem. Soc., 114, 1990-5 (1992) (은 및 구리에 대한 티올의 부착); Laibinis et al., Languir, 7,3167-73 (1991) (은에 대한 티올의 부착); Fenter et al., Languir, 7,2013-16 (1991) (은에 대한 티올의 부착); Chang et al., Am. Chem. Soc., 116,6792-805 (1994) (은에 대한 티올의 부착); Li et al., J. Phys. Chem., 98, 11751-5 (1994) (은에 대한 티올의 부착); Li et al., Report, 24 pp (1994) (은에 대한 티올의 부착); Tarlov et al., 미국 특허 제5,942,397호 (은 및 구리에 대한 티올의 부착); Waldeck, et al., PCT 출원 WO/99/48682 (은 및 구리에 대한 티올의 부착); Gui et al., Languir, 7,955-63 (1991) (은에 대한 티올의 부착); Walczak et al., J. Am. Chem. Soc., 113,2370-8 (1991) (은에 대한 티올의 부착); Sangiorgi et al., Gazz. Chim. Ital., 111,99-102 (1981) (구리에 대한 아민의 부착); Magallon et al., Book of Abstracts, 215th ACS National Meeting, Dallas, Manch 29 April 2,1998, COLL-048 (구리에 대한 아민의 부착); Patil et al., Langmvir, 14, 2707-2711 (1998) (은에 대한 아민의 부착); Sastry et al., J. Phys. Chem. B, 101, 4954-4958 (1997) (은에 대한 아민의 부착); Bansal et al., J. Phys. Chem. B, 102, 4058-4060 (1998) (규소에 대한 알킬리튬의 부착); Bansal et al., J. Phys. Chem. B, 102, 1067-1070 (1998) (규소에 대한 알킬 리튬의 부착); Chidsey, Book ofAbstracts, 214th ACS National Meeting, Las Vegas, NV) September 7-ll, 1997, I & EC-027 (규소에 대한 알킬리튬의 부착); Song, J. H., Thesis, University of California at San Diego (1998) (이산화규소에 대한 알킬리튬의 부착); Meyer et al., J. Am. Chem. Soc., 110,4914-18 (1988) (반도체에 대한 아민의 부착); Brazdil et al. J Phys. Chem., 85, 1005-14 (1981) (반도체에 대한 아미의 부착); James et al., Languir, 14, 741-744 (1998) (유리에 대한 단백질 및 펩티드의 부착); Bernard et al., Languir, 14, 2225-2229 (1998) (유리, 폴리스티렌, 금, 은 및 규소 웨이퍼에 대한 단백질의 부착)]을 참고할 수 있다.A description of the patterning compound and its preparation and use is described in Xia and Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed., 37,550-575 (1998) and references cited therein; Bishop et al., Curr. Opinion Colloid Interface Sci., 1,127-136 (1996); Calvert, J. Vac. Sci. Technol. B, 11, 2155-2163 (1993); Ulman, Chem. Rev., 96: 1533 (1996) (alkanthiols for gold); Dubois et al., Annu. Rev. Phys. Chem., 43: 437 (1992) (alkanthiols for gold); Ulman, An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic, Boston, 1991) (alcanthiol for gold); Whitesides, Proceedings of the Robert A. Welch Foundation 39th Conference On Chemical Research Nanophase Chemistry, Houston, TX, pages 109-121 (1995) (alkanthiols attached to gold); Mucic et al. Chem. Commun. 555-557 (1996) (describe the method of attachment of 3 'thiol DNA to the gold surface); US Patent No. 5,472,881 (binding of oligonucleotide-phosphothiolate to the gold surface); Burwell, Chemical Technology, 4,370-377 (1974) and Matteucci and Caruthers, J. Am. Chem. Soc., 103,3185-3191 (1981) (binding of oligonucleotide alkylsiloxanes to silica and glass surfaces); Grabar et al., Anal. Chem., 67, 735-743 (bonds of aminoalkylsiloxanes and similar bonds of mercaptoalkylsiloxanes); Nuzzo et al., J. A7m. Chem. Soc., 109, 2358 (1987) (disulfides on gold); Allara and Nuzzo, Languir, 1,45 (1985) (carboxylic acids for aluminum); Allara and Tompkins, J. Colloid Interface Sci., 49,410-421 (1974) (carboxylic acids for copper); Iler, The Chemistry Of Silica, Chapter 6, (Wiley 1979) (carboxylic acids for silica); Timmons and Zisman, J Ph Chem., 69,984-990 (1965) (carboxylic acids for platinum); Soriaga and Hubbard, J. Am. Chem. Soc., 104,3937 (1982) (aromatic ring compounds for platinum); Hubbard, Acc. Chem. Res., 13,177 (1980) (sulfolanes, sulfoxides and other functionalized solvents for platinum); Hickman et al., J. Am. Chem. Soc., 111,7271 (1989) (isonitrile to platinum); Maoz and Sagiv, Languir, 3, 1045 (1987) (silanes for silica); Maoz and Sagiv, Languir, 3,1034 (1987) (silanes for silica); Wasserman et al., Languir, 5,1074 (1989) (silane to silica); Eltekova and Eltekov, Languir, 3,951 (1987) (aromatic carboxylic acids, aldehydes, alcohols and methoxy groups for titanium dioxide and silica); And Lec et al., J. Phys. Chem., 92,2597 (1988) (light phosphates for metals); Lo et al., J. Am. Chem. Soc., 118,11295-11296 (1996) (attach of pyrrole to superconductor); Chen et al., J Am. Chem. Soc., 117,6374-5 (1995) (adhesion of amines and thiols to superconductors); Chen et al., Languir, 12,2622-2624 (1996) (adhesion of thiols to superconductors); McDevitt et al., U. S. Patent No. 5,846,909 (Adhesion of amines and thiols to superconductors); Xu et al., Langmuir, 14,6505-6511 (1998) (adhesion of amines to superconductors); Mirkin et al., Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 9,167-173 (1997) (adhesion of amines to superconductors); Hovis et al., J. Phys. Chem. B, 102, 6873-6879 (1998) (adhesion of olefins and dienes to silicon); Hovis et al., Surf. Sci., 402-404,1-7 (1998) (adhesion of olefins and dienes to silicon); Hovis et al., J Phys. Chem. B, 101,9581-9585 (1997) (adhesion of olefins and dienes to silicon); Hamers et al., J Phys. Chem. B, 101, 1489-1492 (1997) (adhesion of olefins and dienes to silicon); Hamers et al., US Pat. No. 5,908,692 (adhesion of olefins and dienes to silicon); Ellison et al., J. Phys. Chem. B, 103,6243-6251 (1999) (adhesion of isothiocyanates to silicon); Ellison et al., J Phys. Chem. B, 102,8510-8518 (1998) (adhesion of azoalkanes to silicon); Ohno et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol., Sect. A, 295, 487-490 (1997) (adhesion of thiols to GaAs); Reuter et al., Mater. Res. Soc. Symp. I'roc., 380,119-24 (1995) (adhesion of thiols to GaAs); Bain, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.), 4,591-4 (1992) (attachment of thiols to GaAs); Sheen et al., J Am. Chem. Soc., 114, 1514-15 (1992) (adhesion of thio to GaAs); Nakagawa et al., Jpn. J. Appl. Phys., Part 1,30,3759-62 (1991) (adhesion of thiols to GaAs); Lunt et al., J. Appl. Phys., 70,7449-67 (1991) (adhesion of thiols to GaAs); Lunt et al., J. Vac. Sci. Technol., B, 9,2333-6 (1991) (adhesion of thiols to GaAs); Yamamoto et al., Languir ACS ASAP, web release number Ia990467r (adhesion of thiols to InP); Gu et al., J Phys. Chem. B, 102,9015-9028 (1998) (adhesion of thiols to InP); Menzel et al., Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 11,131-134 (1999) (Adhesion of Disulfide to Gold), Yonezawa et al., Chem. Mater., 11, 33-35 (1999) (attachment of disulfide to gold); Porter et al., Langmuir, 14, 7378-7386 (1998) (disulfide attachment to gold); Son et al., J. Phys. Chem., 98, 8488-93 (1994) (attach nitrile to gold and copper), Steiner et al., Langmuir, 8, 2771-7 (1992) (attach nitrile to gold and copper), Solomun et al., J. Phys. Chem., 95, 10041-9 (1991) (attach nitrile to gold), Solomun et al., Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem., 95, 95-8 (1991) (attach nitrile to gold), Henderson et al., Inorg. Chim. Acta, 242, 115-24 (1996) (adherence of isonitrile to gold), Huc et al. J. Phys. Chem. B, 103, 10489-10495 (1999) (adhesion of isonitrile to platinum), Steiner et al., Langmuir, 8, 90-4 (1992) (adhesion of amines and phosphines to gold and amines to copper Attachment of); Mayya et al., J. Phys. Chem. B, 101, 9790-9793 (1997) (adhesion of amines to gold and silver); Chen et al., Languir, 15,1075-1082 (1999) (adhesion of carboxylate to gold); Tao, J. Am. Chem. Soc., 115, 4350-4358 (1993) (adhesion of carboxylates to copper and silver); Laibinis et al., J Am. Chem. Soc., 114, 1990-5 (1992) (adhesion of thiols to silver and copper); Laibinis et al., Languir, 7,3167-73 (1991) (adhesion of thiols to silver); Fenter et al., Languir, 7,2013-16 (1991) (adhesion of thiols to silver); Chang et al., Am. Chem. Soc., 116,6792-805 (1994) (adhesion of thiols to silver); Li et al., J. Phys. Chem., 98, 11751-5 (1994) (adhesion of thiols to silver); Li et al., Report, 24 pp (1994) (adhesion of thiols to silver); Tarlov et al., US Pat. No. 5,942,397 (adhesion of thiols to silver and copper); Waldeck, et al., PCT Application WO / 99/48682 (adhesion of thiols to silver and copper); Gui et al., Languir, 7,955-63 (1991) (adhesion of thiols to silver); Walczak et al., J. Am. Chem. Soc., 113,2370-8 (1991) (adhesion of thiols to silver); Sangiorgi et al., Gazz. Chim. Ital., 111,99-102 (1981) (adhesion of amines to copper); Magallon et al., Book of Abstracts, 215th ACS National Meeting, Dallas, Manch 29 April 2,1998, COLL-048 (Adhesion of Amine to Copper); Patil et al., Langmvir, 14, 2707-2711 (1998) (adhesion of amines to silver); Sastry et al., J. Phys. Chem. B, 101, 4954-4958 (1997) (adhesion of amines to silver); Bansal et al., J. Phys. Chem. B, 102, 4058-4060 (1998) (adhesion of alkyllithium to silicon); Bansal et al., J. Phys. Chem. B, 102, 1067-1070 (1998) (adhesion of alkyl lithium to silicon); Chidsey, Book of Abstracts, 214th ACS National Meeting, Las Vegas, NV) September 7-ll, 1997, I & EC-027 (Adhesion of Alkyl Lithium to Silicon); Song, J. H., Thesis, University of California at San Diego (1998) (adhesion of alkyllithium to silicon dioxide); Meyer et al., J. Am. Chem. Soc., 110,4914-18 (1988) (adhesion of amines to semiconductors); Brazdil et al. J Phys. Chem., 85, 1005-14 (1981) (army attachment to semiconductors); James et al., Languir, 14, 741-744 (1998) (adhesion of proteins and peptides to glass); Bernard et al., Languir, 14, 2225-2229 (1998) (adhesion of proteins to glass, polystyrene, gold, silver and silicon wafers).
상기 나열한 것 외에, 당업계에 공지되어 있거나 본원이나 다른 문헌에 제시된 지침을 사용하여 개발되거나 발견된 다른 화합물도 패터닝 화합물로서 사용될 수 있다. 다양한 기판에 대한 알칸티올 및 아릴티올 및 SiO2기판에 대한 트리클로로실란이 바람직하다 (실시예 1 및 2 참조).In addition to those listed above, other compounds known in the art or developed or discovered using the guidelines set forth herein or elsewhere in the literature can also be used as patterning compounds. Alkanthiol and arylthiols for various substrates and trichlorosilanes for SiO 2 substrates are preferred (see Examples 1 and 2).
DPN을 실시하기 위해, SPM 팁은 패터닝 화합물로 코팅된다. 이것은 많은 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 팁은 기상 증착, 직접 접촉식 스캐닝에 의해 또는 팁을 패터닝 화합물 용액과 접촉시켜 코팅시킬 수 있다.To effect DPN, the SPM tip is coated with a patterning compound. This can be accomplished in many ways. For example, the tip may be coated by vapor deposition, direct contact scanning, or by contacting the tip with a patterning compound solution.
팁을 코팅하는 가장 간단한 방법은 직접 접촉식 스캐닝이다. 직접 접촉식 코팅에 의한 코팅은 패터닝 화합물의 포화 용액의 소적을 고체 기판 (예를 들어 Fisher Scientific 또는 MEMS Technology Application Center에서 시판되는 유리 또는 질화규소)에 침적시켜 수행된다. 건조시에 패터닝 화합물은 기판 상에 마이크로 결정상을 형성한다. 패터닝 화합물을 SPM 팁 상에 코팅하기 위해서, 팁은 상기 마이크로 결정상을 가로질러 반복적으로 스캐닝된다. 이 방법은 간단하지만, 기판으로부터 팁에 전달되는 패터닝 화합물의 양을 조절하기 어렵기 때문에 팁에최적의 상태로 부가하지 못한다.The simplest way to coat the tip is direct contact scanning. Coating by direct contact coating is performed by depositing a droplet of a saturated solution of the patterning compound onto a solid substrate (eg glass or silicon nitride commercially available from Fisher Scientific or MEMS Technology Application Center). Upon drying, the patterning compound forms a microcrystalline phase on the substrate. To coat the patterning compound onto the SPM tip, the tip is repeatedly scanned across the micro crystalline phase. This method is simple but does not add optimally to the tip because it is difficult to control the amount of patterning compound transferred from the substrate to the tip.
또한, 팁은 기상 증착으로 코팅될 수 있다 (Sherman, Chemical Vapor Deposition ForMicroelectronics: Principles, Technology And Applications (Noyes, Park Ridges, NJ, 1987 참조). 패터닝 화합물 (순수한 형태, 고체 또는 액체, 무용매)은 고체 기판 (예를 들어 유리 또는 질화규소; Fisher Scientific 또는 MEMS Technology Application Center에서 시판)에 위치시키고, 팁을 패터닝 화합물에 가까운 위치 (챔버 디자인에 따라 약 1-20 cm 내)에 배치한다. 이어서, 화합물을 증발 온도까지 가열하여 팁을 화합물로 코팅한다. 예를 들어, 1-옥타데칸티올은 60 ℃에서 기상 증착될 수 있다. 기상 증착에 의한 코팅은 다른 영역의 오염을 방지하기 위해 폐쇄 챔버에서 수행하여야 한다. 패터닝 화합물이 공기에 의해 산화되는 것이라면, 챔버는 진공 챔버 또는 질소 충전 챔버이어야 한다. 기상 증착에 의한 팁 코팅은 팁 상에 패터닝 화합물의 균일한 박층을 생성시키고, DPN에 매우 신뢰할 수 있는 있는 결과를 제공한다.In addition, the tip may be coated by vapor deposition (see Sherman, Chemical Vapor Deposition For Microelectronics: Principles, Technology And Applications (Noyes, Park Ridges, NJ, 1987).) The patterning compound (pure form, solid or liquid, solventless) Place the tip on a solid substrate (eg glass or silicon nitride; commercially available from Fisher Scientific or MEMS Technology Application Center) and place the tip close to the patterning compound (within about 1-20 cm depending on the chamber design). The tip is coated with a compound by heating to an evaporation temperature, for example 1-octadecanethiol can be vapor deposited at 60 ° C. Coating by vapor deposition is carried out in a closed chamber to prevent contamination of other areas. If the patterning compound is to be oxidized by air, the chamber should be a vacuum chamber or a nitrogen filled chamber. This creates a uniform thin layer of patterning compound on the tip and gives the DPN a very reliable result.
그러나, SPM 팁은 패터닝 화합물 용액 내에 침지시켜 코팅하는 것이 바람직하다. 용매는 중요하지 않고, 요구되는 것은 화합물이 용액 상태이어야 한다는 것이다. 그러나, 용매는 패터닝 화합물이 가장 가용성인 것이 바람직하다. 또한, 용액은 포화 용액이 바람직하다. 또한, 용매는 팁 (부착층으로 코팅되거나 코팅되지 않음)에 가장 잘 부착하는 (팁을 가장 습윤화시키는) 것이 바랍직하다 (상기 참조). 팁은 팁을 화합물로 코팅하기 충분한 시간 동안 패터닝 화합물 용액과 접촉시켜 유지한다.However, the SPM tip is preferably coated by dipping in a patterning compound solution. The solvent is not critical and what is required is that the compound be in solution. However, it is preferred that the solvent is most soluble in the patterning compound. In addition, the solution is preferably a saturated solution. In addition, it is preferred that the solvent best adheres to the tip (coated or uncoated with an adhesion layer) (most tip wetted) (see above). The tip is kept in contact with the patterning compound solution for a time sufficient to coat the tip with the compound.
이 시간은 경험적으로 결정될 수 있다. 일반적으로, 약 30 초 내지 약 3 분이면 충분한다. 바람직하게는, 팁은 용액에 다수회 침지되고, 팁은 각각의 침지 사이에 건조된다. 선택 용액에 팁을 침지하는 횟수는 경험적으로 결정될 수 있다. 바람직하게는, 팁은 임의의 입자를 함유하지 않는 (즉, 순수한) 불활성 기체 (예를 들어 사불화탄소, 1,2-디클로로-l,1,2,2-테트라플루오로에탄, 디클로로디플루오로메탄, 옥타플루오로시클로부탄, 트리클로로플루오로메탄, 디플루오로에탄, 질소, 아르곤, 또는 탈수 공기)를 팁에 대해 송풍함으로써 건조시킨다. 일반적으로, 상기 기체를 실온에서 약 10초 동안 송풍함으로써 팁을 충분히 건조시킬 수 있다. 침지 (1회 침지 또는 다중 침지의 최종 침지) 후에, 팁은 기판을 패터닝하기 위해 습식 상태의 팁을 사용할 수 있거나, 또는 사용 전에 건조시킬 수 있다 (바람직하게는 상기한 바와 같이). 건조된 팁을 사용하여 긴 시간 (몇주의 기간) 동안 패터닝 화합물을 낮지만 안정적인 속도로 수송할 수 있는 반면, 습식 팁을 사용하면 단기간 (약 2 내지 3시간) 동안 패터닝 화합물을 빠른 속도로 수송할 수 있다. 건조된 팁은 무수 조건 하에 양호한 수송 속도를 갖는 화합물 (예를 들어 X가 -CH3인 상기 나열한 화합물)에 바람직한 반면, 습식 팁은 무수 조건 하에서 낮은 수송 속도를 갖는 화합물 (예를 들어 X가 -COOH인 상기 나열한 화합물)에 바람직하다.This time can be determined empirically. Generally, about 30 seconds to about 3 minutes is sufficient. Preferably, the tip is immersed in the solution multiple times, and the tip is dried between each immersion. The number of tips of dipping the tip in the selection solution can be determined empirically. Preferably, the tip is an inert gas (i.e. pure) containing no particles (e.g. carbon tetrafluoride, 1,2-dichloro-l, 1,2,2-tetrafluoroethane, dichlorodifluoro Methane, octafluorocyclobutane, trichlorofluoromethane, difluoroethane, nitrogen, argon, or dehydrated air) is dried by blowing to the tip. Generally, the tip can be sufficiently dried by blowing the gas at room temperature for about 10 seconds. After immersion (final immersion of one immersion or multiple immersions), the tip may use a wet tip for patterning the substrate or may be dried prior to use (preferably as described above). The dry tip can be used to transport the patterning compound at low but stable rates over long periods of time (weeks), while the wet tip can be used to transport the patterning compound at high speeds for short periods of time (about 2-3 hours). Can be. Dried tips are preferred for compounds having good transport rates under anhydrous conditions (e.g., compounds listed above where X is -CH 3 ), while wet tips are compounds having low transport rates under anhydrous conditions (e.g. COOH).
DPN을 수행하기 위해, 코팅된 팁은 기판에 접촉시킨다. 패터닝 화합물과 수송 매질 모두 DPN에 필요한데, 패터닝 화합물은 모세관 수송에 의해 기판으로 수송되기 때문이다 (도 1 참조). 수송 매질은 팁과 기판 사이의 갭을 연결하는 메니스커스를 형성한다 (도 1 참조). 따라서, 팁은 상기 메니스커스를 형성하도록 충분히 근접할 때 기판과 "접촉"한다. 적합한 수송 매질은 물, 탄화수소 (예를 들어 헥산), 및 패터닝 화합물이 가용성인 용매 (예를 들어, 팁을 코팅하기 위해 사용된 용매, 상기 참조)를 포함한다. 팁을 사용한 보다 신속한 패턴 형성은 패터닝 화합물이 가장 가용성인 수송 매질을 사용함으로써 달성될 수 있다.To perform the DPN, the coated tip is in contact with the substrate. Both the patterning compound and the transport medium are required for DPN because the patterning compound is transported to the substrate by capillary transport (see FIG. 1). The transport medium forms a meniscus that bridges the gap between the tip and the substrate (see FIG. 1). Thus, the tip “contacts” the substrate when close enough to form the meniscus. Suitable transport media include water, hydrocarbons (eg hexanes), and solvents in which the patterning compound is soluble (eg, the solvent used to coat the tip, see above). Faster pattern formation using the tip can be achieved by using a transport medium in which the patterning compound is most soluble.
AFM 또는 유사한 장치를 사용하여 패턴을 형성하기 위해 단일 팁을 사용할 수 있다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 몇몇 STM 및 NSOM 팁만이 AFM에 사용될 수 있고, AFM에 사용될 수 있는 STM 및 NSOM 팁은 시판되고 있다. 제1 패터닝 화합물로 코팅된 제1 팁을 제거하고 이를 상이한 패터닝 화합물로 코팅된 다른 팁으로 대체함으로써 상이한 화합물의 패턴 (동일하거나 상이함)을 형성하기 위해 2개 이상의 상이한 패터닝 화합물을 동일한 기판에 도포할 수 있다. 별법으로, 동일하거나 상이한 패터닝 화합물을 사용하여 다수의 패턴 (동일하거나 상이한 패턴)을 기판 상에 형성하기 위해 다수의 팁을 단일 장치에 사용할 수 있다 (예를 들어, 다중 캔티레버 및 기판을 패터닝하기 위한 팁을 포함하는 장치를 기재한 미국 특허 제5,666,190호 참조).A single tip can be used to form a pattern using an AFM or similar device. As is known in the art, only a few STM and NSOM tips can be used for AFM, and STM and NSOM tips that can be used for AFM are commercially available. Applying two or more different patterning compounds to the same substrate to form a pattern (different or different) of different compounds by removing the first tip coated with the first patterning compound and replacing it with another tip coated with the different patterning compound can do. Alternatively, multiple tips may be used in a single device to form multiple patterns (same or different patterns) on the substrate using the same or different patterning compounds (eg, for patterning multiple cantilevers and substrates). See US Pat. No. 5,666,190 describing a device comprising a tip).
2개 이상의 패턴 및(또는) 2개 이상의 패터닝 화합물 (동일하거나 상이한 패턴에서)이 단일 기판에 적용될 때, 위치 (등록) 시스템을 사용하여 서로에 대하여 및(또는) 선택된 배열 마크에 대하여 패턴 및(또는) 패터닝 화합물을 배열한다. 예를 들어, 일반적인 AFM 영상화 방법에 의해 영상화될 수 있는 2개 이상의 배열 마크는 DPN 또는 다른 리소그래피 기술 (예를 들어 포토리소그래피 또는 전자빔 리소그래피)에 의해 기판에 적용된다. 배열 마크는 간단한 형태, 예를 들어 십자가 또는 직사각형일 수 있다. 보다 양호한 해상도는 DPN을 사용하여 배열 마크를 생성시킴으로써 달성된다. DPN이 사용될 경우, 배열 마크는 기판과 강한 공유결합을 형성하는 패터닝 화합물로 제조하는 것이 바람직하다. 금 기판에 배열 마크를 형성하기 위해 가장 우수한 화합물은 16-머캅토헥사데칸산이다. 배열 마크는 바람직하게는 목적 패턴 제조를 위해 패터닝 화합물로 코팅된 SPM 팁을 사용하여 일반적인 AFM 방법 (예를 들어, 측방력 AFM 영상화, AFM 토포그래피 영상화 및 비접촉식 AFM 영상화)에 의해 영상화된다. 이러한 이유로, 배열 마크 제조에 사용되는 패터닝 화합물은 목적 패턴의 제조에 사용되는 다른 패터닝 화합물과 반응하지 않아야 하고, 후속 DPN 패터닝에 의해 파괴되지 않아야 한다. 영상화 데이타를 사용하여 적절한 파라미터 (위치 및 배향)를 간단한 컴퓨터 프로그램 (예를 들어, Microsoft Excel spreadsheet)을 사용하여 계산할 수 있고, 계산된 파라미터를 사용하여 목적 패턴(들)을 기판 상에 침적시킬 수 있다.When two or more patterns and / or two or more patterning compounds (in the same or different patterns) are applied to a single substrate, the pattern and (or) for each other and / or for the selected alignment marks using the position (registration) system Or) arrange the patterning compound. For example, two or more array marks that can be imaged by a general AFM imaging method are applied to a substrate by DPN or other lithography technique (eg photolithography or electron beam lithography). The arrangement mark may be in simple form, for example cross or rectangle. Better resolution is achieved by creating an array mark using a DPN. When DPN is used, the alignment mark is preferably made of a patterning compound that forms strong covalent bonds with the substrate. The best compound for forming alignment marks on gold substrates is 16-mercaptohexadecanoic acid. The alignment marks are preferably imaged by conventional AFM methods (eg, lateral force AFM imaging, AFM topography imaging, and contactless AFM imaging) using SPM tips coated with a patterning compound for preparing the desired pattern. For this reason, the patterning compound used to prepare the alignment marks must not react with other patterning compounds used to prepare the desired pattern and must not be destroyed by subsequent DPN patterning. Using imaging data, the appropriate parameters (position and orientation) can be calculated using a simple computer program (eg Microsoft Excel spreadsheet), and the calculated parameters can be used to deposit the desired pattern (s) onto the substrate. have.
실질적으로, 시스템은 배열 마크에 대한 위치 및 배향을 기초로 한 것이기 때문에, 배열 마크를 사용하여 무수한 패턴 및(또는) 패터닝 화합물을 위치시킬 수 있다. 가장 우수한 결과를 얻기 위해서, 사용되는 SPM 팁 배치 시스템은 안정하여야 하고, 드리프트 문제를 갖지 않아야 한다. 상기 기준을 충족시키는 AFM 배치 시스템은 Park Scientific사의 100 마이크로미터 압전관 스캐너이다. 이 시스템은 나노미터 규모 해상도를 갖는 안정한 배치를 제공한다.In practice, since the system is based on the position and orientation with respect to the alignment mark, the alignment mark can be used to locate a myriad of patterns and / or patterning compounds. To achieve the best results, the SPM tip placement system used should be stable and free from drift problems. An AFM batch system that meets the above criteria is a 100 micron piezoelectric scanner from Park Scientific. This system provides a stable deployment with nanometer scale resolution.
DPN은 또한 기판에 인접한 세정액과 다수의 상이한 패터닝 화합물을 함유한일련의 미크론 크기의 웰 (또는 다른 용기)을 가짐으로써 나노플로터 포맷으로 사용할 수 있다. 팁을 패터닝 화합물을 함유한 웰에 침지시켜 팁을 코팅할 수 있으며, 코팅된 팁은 기판에 패턴을 도포하기 위해 사용한다. 이어서, 팁을 세정 웰 또는 일련의 세정 웰에 침지시켜 세정한다. 세정된 팁을 다른 웰에 침지시켜 제2 패터닝 화합물로 코팅시킨 다음 상기 제2 패터닝 화합물로 기판에 패턴을 도포하기 위해 사용한다. 패턴들을 앞 단락에 기재한 바와 같이 배열시킨다. 패터닝 화합물로 팁을 코팅하고, 이 패터닝 화합물로 기판에 패턴을 도포하며, 팁을 세정하는 공정은 원하는 만큼 많이 반복할 수 있으며, 전체 공정은 적절한 소프트웨어를 사용하여 자동화할 수 있다.DPNs can also be used in nanoplotter format by having a series of micron size wells (or other containers) containing a cleaning liquid adjacent to the substrate and a number of different patterning compounds. The tip may be coated by immersing the tip in a well containing the patterning compound, which is used to apply the pattern to the substrate. The tip is then cleaned by immersing it in a cleaning well or series of cleaning wells. The cleaned tip is immersed in another well and coated with a second patterning compound and then used to apply the pattern to the substrate with the second patterning compound. The patterns are arranged as described in the previous paragraph. The process of coating the tip with the patterning compound, applying the pattern to the substrate with the patterning compound, and cleaning the tip can be repeated as many times as desired, and the entire process can be automated using appropriate software.
DPN은 또한 DPN에 의해서든 다른 방법에 의해서든 기판에 이미 도포된 제1 패터닝 화합물에 제2 패터닝 화합물을 도포하기 위해 사용할 수 있다. 제2 패터닝 화합물은 제1 패터닝 화합물과 화학적으로 반응하거나 또는 달리 안정하게 결합하도록 (예를 들면 핵산의 2개의 상보적 스트랜드의 혼성화에 의해) 선택된다. 예를 들면, 문헌[Dubois and Nuzzo,Annu. Rev. Phys. Chem., 43, 437-63 (1992); Yan 등,Langmuir, 15, 1208-1214 (1999); Lahiri 등,Langmuir, 15, 2055-2060 (1999); 및 Huck 등,Langmuir, 15, 6862-6867 (1999)]을 참조한다. 기판에 직접 수행된 DPN에서와 같이, 제2 패터닝 화합물 및 수송 매체가 모두 필요하며, 이는 제2 패터닝 화합물이 모세관 수송에 의해 제1 패터닝 화합물로 수송되기 때문이다 (상기 참조). 제3, 제4 등의 패터닝 화합물을 또한 이미 기판 상에 있는 제1 패터닝 화합물 또는 다른 패터닝 화합물에 도포할 수 있다. 또한, 다층 패터닝 화합물을 형성하기 위해 추가의 패터닝 화합물을 도포할 수 있다. 이들 추가의 패터닝 화합물은 각각 다른 패터닝 화합물과 동일하거나 상이할 수 있으며, 다층은 각각 다른 층과 동일하거나 상이할 수 있으며 1종 이상의 다른 패터닝 화합물로 이루어질 수 있다.DPN can also be used to apply the second patterning compound to the first patterning compound already applied to the substrate, either by DPN or by other means. The second patterning compound is selected to chemically react with or otherwise stably bind to the first patterning compound (eg by hybridization of two complementary strands of nucleic acid). See, eg, Dubois and Nuzzo, Annu. Rev. Phys. Chem. 43, 437-63 (1992); Yan et al., Langmuir , 15, 1208-1214 (1999); Lahiri et al., Langmuir , 15, 2055-2060 (1999); And Huck et al., Langmuir , 15, 6862-6867 (1999). As with the DPN performed directly on the substrate, both the second patterning compound and the transport medium are required because the second patterning compound is transported to the first patterning compound by capillary transport (see above). Patterning compounds such as third, fourth, etc. may also be applied to the first patterning compound or other patterning compound already on the substrate. In addition, additional patterning compounds may be applied to form multilayer patterning compounds. These additional patterning compounds may each be the same or different from the other patterning compounds, and the multilayer may each be the same or different from the other layers and may consist of one or more other patterning compounds.
또한, DPN은 다른 리소그래피 기술과 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, DPN은 미세접촉 프린팅 및 상기 배경기술란에서 논의한 다른 리소그래피 기술과 함께 사용할 수 있다.In addition, DPN can be used in combination with other lithography techniques. For example, DPN can be used in conjunction with microcontact printing and other lithography techniques discussed in the Background section above.
몇몇 파라미터가 DPN의 해상도에 영향을 끼치며, 그 최종 해상도는 아직 분명하지 않다. 첫째로, 종이결이 종래 필기의 해상도를 제어하는 것과 같이, 기판의 그레인 크기가 DPN 해상도에 영향을 끼친다. 하기 실시예 1에 나타낸 바와 같이, DPN은 특정 금 기판 상에서 30 ㎚ 폭의 선을 그리기 위해 사용된다. 이 크기는 금 기판의 평균 그레인 직경이며, 이러한 유형의 기판 상에서 DPN의 해상도 한계를 나타낸다. 규소와 같은 보다 평활한 (보다 작은 그레인 크기의) 기판을 사용하면 보다 양호한 해상도를 얻을 것이다. 실제로 다른 보다 평활한 금 기판을 사용하면, 해상도가 15 ㎚로 증가하였다 (실시예 4 참조).Several parameters affect the resolution of the DPN and the final resolution is not yet clear. First, the grain size of the substrate affects the DPN resolution, just as paper grains control the resolution of conventional writing. As shown in Example 1 below, DPN is used to draw a 30 nm wide line on a particular gold substrate. This size is the average grain diameter of the gold substrate and represents the resolution limit of the DPN on this type of substrate. Using a smoother (smaller grain size) substrate, such as silicon, will yield better resolution. Indeed, using another smoother gold substrate, the resolution increased to 15 nm (see Example 4).
둘째로, 화학흡착, 공유 부착 및 자체회합은 모두 침적후 분자의 확산을 한정하는 작용을 한다. 반대로, 기판에 고정되지 않는 물과 같은 화합물은 불량한 해상도의 준안정성 패턴만을 형성하여(문헌[Piner 등,Langmuir, 13:6864(1997)] 참조) 사용될 수 없다.Second, chemisorption, covalent attachment, and self-association all serve to limit the diffusion of molecules after deposition. In contrast, compounds such as water that are not immobilized on a substrate can only be used to form metastable patterns of poor resolution (see Piner et al., Langmuir , 13: 6864 (1997)).
세째로, 팁-기판 접촉 시간 및 따라서 스캔 속도가 DPN 해상도에 영향을 끼친다. 스캔 속도가 보다 빠르고 트레이스(trace) 수가 보다 적으면 보다 얇은 선을 형성한다.Third, the tip-substrate contact time and thus the scan speed affect the DPN resolution. Faster scan speeds and fewer traces form thinner lines.
네째로, 팁에서 기판으로의 패터닝 화합물의 수송율이 해상도에 영향을 끼친다. 예를 들면, 수송 매체로서 물을 사용하면, 상대 습도가 리소그래피 공정의 해상도에 영향을 끼치는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 30 ㎚ 폭의 선 (도 2c)은 34%의 상대 습도 환경에서 생성을 위해 5분이 소요되는 반면, 100 ㎚ 폭의 선 (도 2d)은 42%의 상대 습도 환경에서 생성을 위해 1.5분이 소요된다. 팁과 기판을 가교하는 물 메니스커스의 크기는 상대 습도에 좌우되며 (Piner 등, Langmuir, 13:6864 (1997)), 물 메니스커스의 크기는 기판으로의 패터닝 화합물의 수송률에 영향을 끼친다. 또한, 습식 팁을 사용하는 경우, 물 메니스커스는 수송 매체인 잔류 용매를 함유하고, 수송률은 용매의 특성에 의해 또한 영향을 받는다.Fourth, the transport rate of the patterning compound from the tip to the substrate affects the resolution. For example, using water as the transport medium has been found to have relative humidity affect the resolution of the lithographic process. For example, a 30 nm wide line (FIG. 2C) takes 5 minutes to produce in a 34% relative humidity environment, while a 100 nm wide line (FIG. 2D) takes up to produce in a 42% relative humidity environment. It takes 1.5 minutes. The size of the water meniscus that crosslinks the tip and substrate depends on the relative humidity (Piner et al., Langmuir, 13: 6864 (1997)), and the size of the water meniscus affects the transport rate of the patterning compound to the substrate. Inflicted In addition, when using a wet tip, the water meniscus contains a residual solvent which is a transport medium, and the transport rate is also influenced by the properties of the solvent.
다섯째로, 팁의 날카로움이 DPN의 해상도에 영향을 끼친다. 따라서, 보다 날카로운 팁을 사용하면(예를 들면, 팁을 자주 교체하고, 코팅하기 전에 팁을 세척하고, 팁의 단부에 날카로운 구조체 (탄소 나노튜브와 같은)를 부착함으로써), 보다 우수한 해상도가 얻어질 것으로 예상된다.Fifth, the sharpness of the tip affects the resolution of the DPN. Thus, the use of sharper tips (eg, by frequently changing the tips, cleaning the tips before coating, and attaching sharp structures (such as carbon nanotubes) to the ends of the tips, yields better resolution It is expected to lose.
요약하면, DPN은 전자빔 리소그래피와 같은 훨씬 더 비싸고 복잡한 경쟁적 리소그래피 방법으로 얻는 것에 상당할만한 해상도로 SPM 팁으로부터 기판으로 분자를 수송하기 위한 단순하지만 강력한 방법이다. DPN은 마이크로크기 및 나노크기의 구조체를 형성하고 기능화시키기에 유용한 도구이다. 예를 들면, DPN은 마이크로센서, 마이크로반응기, 조합 배열, 마이크로기계 시스템, 마이크로분석 시스템, 생물학적 표면(biosurfaces), 생물학적 재료(biomaterials), 마이크로전자공학, 마이크로광학 시스템 및 나노전자공학 장치의 제작에서 사용할 수 있다. DPN은 보다 통상적인 리소그래피 방법에 의해 제조된 나노크기 장치의 상세한 기능화에 특히 유용할 것이다. 예를 들면, 문헌[Reed 등,Science, 278:252(1997); Feldheim 등,Chem. Soc. Rev., 27:1 (1998)]을 참조한다.In summary, DPN is a simple but powerful method for transporting molecules from an SPM tip to a substrate at a resolution comparable to that obtained by much more expensive and complex competitive lithography methods such as electron beam lithography. DPNs are useful tools for forming and functionalizing microscale and nanoscale structures. For example, DPN can be used in the fabrication of microsensors, microreactors, combinatorial arrays, micromechanical systems, microanalysis systems, biological surfaces, biomaterials, microelectronics, microoptical systems and nanoelectronic devices. Can be used. DPN will be particularly useful for the detailed functionalization of nanoscale devices made by more conventional lithographic methods. See, eg, Reed et al., Science , 278: 252 (1997); Feldheim et al. , Chem. Soc. Rev. , 27: 1 (1998).
본 발명은 또한 DPN을 수행하기 위한 키트를 제공한다. 키트는 하나 이상의 기판과 하나 이상의 SPM 팁을 포함한다. 기판과 팁은 상기한 것이다. 팁은 패터닝 화합물로 코팅될 수 있거나 코팅되지 않을 수 있다. 팁이 코팅되지 않은 것이면, 키트는 추가로 각각 패터닝 화합물을 보유하는 하나 이상의 용기를 포함할 수 있다. 패터닝 화합물을 상기한 것이다. 바이알, 튜브 또는 자아(jar)와 같은 임의의 적합한 용기를 사용할 수 있다. 키트는 추가로 상기한 바와 같이 패터닝 화합물의 팁으로의 물리적 흡착을 증강시키기 위한 얇은 고체 부착층을 형성하기 위한 물질 (예를 들면, 티탄 또는 크롬의 용기), 패터닝 화합물로 팁을 코팅하기 위한 유용한 물질 (패터닝 화합물용 용매 또는 직접 접촉 스캐닝용 고체 기판과 같은) 및(또는) DPN과 다른 방법으로 리소그래피를 수행하기 위한 물질을 포함할 수 있다 (상기 배경기술란과 여기에 인용된 참고문헌 참조). 마지막으로, 키트는 DPN 또는 임의의 다른 리소그래피 방법을 수행하기에 유용한 다른 시약과 물품, 예를 들면 시약, 비이커, 바이알 등을 포함할 수 있다.The present invention also provides a kit for performing DPN. The kit includes one or more substrates and one or more SPM tips. The substrate and tip are described above. The tip may or may not be coated with the patterning compound. If the tip is uncoated, the kit may further include one or more containers, each holding a patterning compound. The patterning compound is described above. Any suitable container, such as a vial, tube or jar, can be used. The kit is further useful for coating the tip with a patterning compound, a material (eg, a container of titanium or chromium) to form a thin solid adhesion layer to enhance physical adsorption of the patterning compound to the tip, as described above. Materials (such as solvents for patterning compounds or solid substrates for direct contact scanning) and / or materials for performing lithography in a different manner than DPN (see the Background section above and references cited therein). Finally, the kit can include other reagents and articles useful for performing DPN or any other lithographic method, such as reagents, beakers, vials, and the like.
상기한 바와 같이, AFM을 공기 중에서 작동시키면, 팁과 표면 사이에 물이 응집한 후 팁을 표면을 가로질러 스캐닝함에 따라 모세관 효과에 의해 수송된다.이러한 채워진 모세관과 그와 관련된 모세관력은 AFM의 작동을 저해하여 영상화 공정에 실질적으로 영향을 끼친다.As noted above, when the AFM is operated in air, water is agglomerated between the tip and the surface and then transported by the capillary effect as the tip is scanned across the surface. These filled capillaries and their associated capillary forces It impairs operation and substantially affects the imaging process.
매우 놀랍게도, 특정 소수성 화합물로 코팅된 AFM 팁은 코팅되지 않은 팁에 비해 AFM에 의해 공기 중에서 기판을 영상화하는 개선된 능력을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 그 이유는 소수성 분자가 형성된 물 메니스커스의 크기를 감소시키고 마찰을 효과적으로 감소시키기 때문이다. 결론적으로, 공기 중의 AFM의 해상도는 코팅되지 않은 팁을 사용하는 것에 비해 코팅된 팁을 사용하면 증가한다. 따라서, 소수성 분자로 팁을 코팅하는 것은 AFM을 공기 중에서 수행하기 위한 AFM 팁에 대한 일반적인 예비처리로서 이용할 수 있다.Very surprisingly, AFM tips coated with certain hydrophobic compounds have been found to exhibit improved ability to image substrates in air by AFM compared to uncoated tips. This is because the hydrophobic molecules reduce the size of the water meniscus and effectively reduce the friction. In conclusion, the resolution of AFM in air increases with the use of a coated tip compared to the use of an uncoated tip. Thus, coating the tip with hydrophobic molecules can be used as a general pretreatment for AFM tips for performing AFM in air.
AFM을 공기 중에서 수행하기 위한 AFM 팁을 코팅하기 위해 유용한 소수성 화합물은 팁 표면 상에 균일한 얇은 코팅을 형성해야 하고, 영상화되는 기판 또는 팁에 공유 결합하지 않아야 하며, 기판보다 팁에 보다 강하게 결합해야 하며, AFM 작동 온도에서 고체로 유지되어야 한다. 적합한 소수성 화합물은 패터닝 화합물로서 사용하기 위해 상기한 소수성 화합물을 포함하며, 단, 이러한 소수성 패터닝 화합물은 패터닝 화합물에 대해 상응하는 기판을 영상화하기 위해 사용된 AFM 팁을 코팅하거나, 또는 패터닝 화합물에 대해 상응하는 기판으로서 유용한 물질로 제조되거나 코팅된 AFM 팁을 코팅하기 위해 사용되지 않는다. 대부분의 기판에 바람직한 화합물은 화학식 R4NH2{여기서 R4는 화학식 CH3(CH2)n의 알킬 또는 아릴이고, n은 0 내지 30, 바람직하게는 10 내지 20임}를 갖는 것이다 (상기 패터닝 화합물에 대한논의 참조). 74℉ (약 23.3℃) 미만의 AFM 작동 온도에 대해 1-도데실아민이 특히 바람직하다.Hydrophobic compounds useful for coating an AFM tip for performing AFM in air should form a uniform thin coating on the tip surface, not covalently bond to the substrate or tip being imaged, and bind more tightly to the tip than the substrate. And must remain solid at the AFM operating temperature. Suitable hydrophobic compounds include the hydrophobic compounds described above for use as patterning compounds, provided that the hydrophobic patterning compounds coat the AFM tips used to image the corresponding substrates for the patterning compounds, or correspond to the patterning compounds. It is not used to coat AFM tips made or coated with materials useful as substrates. Preferred compounds for most substrates are those having the formula R 4 NH 2, where R 4 is alkyl or aryl of the formula CH 3 (CH 2 ) n and n is 0 to 30, preferably 10 to 20 See discussion on patterning compounds). Particular preference is given to 1-dodecylamine for AFM operating temperatures below 74 ° F. (about 23.3 ° C.).
임의의 AFM 팁을 사용하는 공기 중의 AFM은 앞 단락에 기재한 바와 같은 소수성 화합물로 AFM 팁을 소수성 화합물로 코팅함으로써 개선시킬 수 있다. 적합한 AFM 팁은 DPN에서 사용하기 위해 상기한 것을 포함한다.AFM in air using any AFM tip can be improved by coating the AFM tip with a hydrophobic compound with a hydrophobic compound as described in the previous paragraph. Suitable AFM tips include those described above for use in the DPN.
AFM 팁은 다양한 방식으로 소수성 화합물로 코팅할 수 있다. 적합한 방법은 DPN에 사용하기 위한 패터닝 화합물로 AFM 팁을 코팅하기 위해 상기한 것을 포함한다. 바람직하게는 모두 팁을 패터닝 화합물로 코팅하기 위해 상기한 바와 같이, AFM 팁은 단순히 팁을 화합물의 용액 중에 팁을 코팅하기에 충분한 시간 동안 침지시킨 다음 코팅된 팁을 불활성 기체로 건조시킴으로써 소수성 화합물로 코팅한다.AFM tips can be coated with hydrophobic compounds in a variety of ways. Suitable methods include those described above for coating the AFM tip with a patterning compound for use in DPN. Preferably as described above to coat all the tips with the patterning compound, the AFM tip is simply immersed in the hydrophobic compound by immersing the tip in a solution of the compound for a time sufficient to coat the tip and then drying the coated tip with an inert gas. Coating.
팁을 코팅한 후, 팁을 코팅하지 않은 경우에서와 같이 동일한 방식으로 AFM을 수행한다. AFM 절차에서는 어떠한 변화도 필요하지 않은 것으로 밝혀졌다.After coating the tip, perform AFM in the same manner as if the tip was not coated. It was found that no change was necessary in the AFM procedure.
실시예 1:금 기판 상에 알칸티올을 사용하는 "딥 펜" 나노리소그래피 Example 1 "Deep Pen" Nanolithography Using Alkanthiols on Gold Substrates
금(Au) 표면에 1-옥타데칸티올 (ODT)을 전달하는 것은 광범위하게 연구된 시스템이다. 문헌[Bain 등,Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 28:506(1989); A. Ulman,An Introduction to Ultrathin Organic Films; From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly(Academic Press, Boston, 1991); Dubois 등,Annu. Rev. Phys. Chem., 43, 437(1992); Bishop 등,Curr. Opin. Coll. Interf. Sci., 1:127 (1996); Alves 등,J. Am. Chem. Soc., 114:1222(1992)]을 참조한다. 이러한 적절한 공기 안정성분자를 그 위에 고정시켜 갖는 Au는 (LFM; 측방력 현미경)에 의해 비변형 Au로부터 쉽게 구별할 수 있다.Delivery of 1-octadecanethiol (ODT) to gold (Au) surfaces is a widely studied system. Bay et al. , Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 28: 506 (1989); A. Ulman, An Introduction to Ultrathin Organic Films; From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic Press, Boston, 1991); Dubois et al . , Annu. Rev. Phys. Chem. 43, 437 (1992); Bishop et al . , Curr. Opin. Coll. Interf. Sci. , 1: 127 (1996); Alves et al . , J. Am. Chem. Soc. , 114: 1222 (1992). Au having these suitable air stable molecules immobilized thereon can be easily distinguished from unmodified Au by (LFM; lateral force microscopy).
ODT로 코팅된 AFM 팁을 샘플 표면과 접촉시키면, ODT는 딥 펜과 같이 모세관 작용에 의해 팁으로부터 샘플로 유동한다 (도 1). 이 방법은 실온에서 운모 상에 300Å의 다결정질 Au를 열 증발시켜 제조한 박막 기판 상에서 통상적인 AFM 팁을 사용하여 연구되었다. 모든 실험을 수행하기 위해 파크 사이언티픽(Park Scientific) 모델 CP AFM 장치를 사용하였다. 스캐너를 유리 격리실에 넣고, 습도계로 상대 습도를 측정하였다. 모든 습도 측정장치는 절대 오차가 ±5%이다. 질화규소 팁 (파크 사이언티픽, Microlever A)을 캔티레버를 아세토니트릴 중 ODT의 포화 용액에 1분간 침지시킴으로써 ODT로 코팅하였다. 캔티레버를 사용하기 전에 압축 디플루오로에탄으로 취입 건조시켰다.When the ADT tip coated with ODT is in contact with the sample surface, the ODT flows from the tip to the sample by capillary action like a dip pen (FIG. 1). This method was studied using conventional AFM tips on thin film substrates prepared by thermal evaporation of 300 kV of polycrystalline Au on mica at room temperature. Park Scientific model CP AFM apparatus was used to perform all experiments. The scanner was placed in a glass containment chamber and the relative humidity was measured with a hygrometer. All humidity measuring instruments have an absolute error of ± 5%. Silicon nitride tips (Park Scientific, Microlever A) were coated with ODT by immersing the cantilever in a saturated solution of ODT in acetonitrile for 1 minute. The cantilever was blow dried with compressed difluoroethane before use.
DPN 공정의 단순한 실험모형은 이러한 방식으로 Au 기판의 1 ㎛×1 ㎛ 섹션을 가로질러 제조된 팁을 래스터(raster) 스캐닝하는 것을 포함하였다. 보다 큰 스캔 영역 (3 ㎛×3 ㎛) 내의 이 구역의 LFM 영상은 상이한 콘트라스트의 2개 영역을 보였다 (도 2a). 내부 암부 또는 저부 측방력 구역은 ODT의 침적 단층이고, 외부 명부는 노출된 Au였다.A simple experimental model of the DPN process involved raster scanning a tip made across a 1 μm × 1 μm section of an Au substrate in this manner. LFM images of this area within the larger scan area (3 μm × 3 μm) showed two areas of different contrast (FIG. 2A). The inner dark or bottom lateral force zone was the deposition fault of the ODT and the outer roster was Au exposed.
고화질 자체회합 단층 (SAMs)의 형성이 Au 박막 기판을 300℃에서 3시간 동안 단련하여 제조된 Au(111)/운모 상에서 침적 공정을 수행할 때 발생하였다 [Alves 등,J. Am. Chem. Soc.114:1222(1992)]. 이 경우, ODT SAM의 격자 해상된 화상을 얻는 것이 가능하였다 (도 2b). 5.0±0.2Å의 6각 격자 파라미터는Au(111) 상에서 ODT의 SAM에 대한 보고된 값과 잘 비교되며, 다른 몇몇 흡착질 (물 또는 아세토니트릴)보다는 ODT가 팁으로부터 기판으로 수송된 것을 보여준다.Formation of high quality self-associating monolayers (SAMs) occurred when the deposition process was performed on Au (111) / mica which was prepared by annealing the Au thin film substrate at 300 ° C. for 3 hours [Alves et al . , J. Am. Chem. Soc. 114: 1222 (1992). In this case, it was possible to obtain a lattice resolution image of the ODT SAM (FIG. 2B). The hexagonal lattice parameters of 5.0 ± 0.2 mm 3 are well compared with the reported values for the SAM of the ODT on Au (111), showing that the ODT was transported from the tip to the substrate rather than some other adsorbates (water or acetonitrile).
Au(111)/운모 상에서 수행된 실험은 이들 실험에서 수송된 화학종의 화학적 동일성에 대하여 중요한 정보를 제공하지만, Au(111)/운모는 DPN에 대해 불량한 기판이다. 작은 Au(111) 면 주변의 깊은 골짜기로 인해 나노미터 폭을 갖는 긴(마이크로미터) 연속선을 그리는 것이 어렵게 된다.Experiments performed on Au (111) / Mica provide important information about the chemical identity of the species transported in these experiments, but Au (111) / Mica is a poor substrate for DPN. Deep valleys around the small Au (111) plane make it difficult to draw long (micrometer) continuous lines with nanometer widths.
단련되지 않은 Au 기판은 비교적 거칠지만 (자승 평균 평방근 거칠기≒2 ㎚), DPN에 의해 30 ㎚ 선을 침적시킬 수 있다 (도 2c). 이 거리는 박막 기판의 평균 Au 그레인 직경이고 이러한 유형의 기판 상에서 DPN의 해상도 한계를 나타낸다. 이러한 유형의 기판 상에 제조된 30 ㎚ 분자기재 선은 불연속적이고 Au의 그레인 모서리가 뒤에 온다. 보다 평활하고 보다 연속적인 선은 선폭을 100 ㎚로 증가시킴으로써 (도 2d) 또는 아마도 보다 평활한 Au 기판을 사용함으로써 그릴 수 있다. 선 폭은 팁 스캔 속도와 알칸티올의 팁으로부터 기판으로의 수송률에 좌우된다 (상대 습도는 수송률을 변화시킬 수 있다). 스캔 속도가 보다 빠르고 트레이스 수가 보다 적으면 보다 얇은 선을 형성한다.An unannealed Au substrate is relatively rough (square root mean square roughness ≒ 2 nm), but can deposit a 30 nm line by DPN (FIG. 2C). This distance is the average Au grain diameter of the thin film substrate and represents the resolution limit of the DPN on this type of substrate. The 30 nm molecular substrate lines produced on this type of substrate are discontinuous and are followed by the grain edges of Au. Smoother, more continuous lines can be drawn by increasing the line width to 100 nm (FIG. 2D) or perhaps by using a smoother Au substrate. The line width depends on the tip scan rate and the transport rate of the alkanethiol from the tip to the substrate (relative humidity may change the transport rate). Faster scan speeds and fewer traces form thinner lines.
DPN을 또한 "잉크"의 확산성을 증명하기 위해 분자 점 지형(feature)을 제조하기 위해 사용하였다 (도 3a 및 도 3b). ODT 코팅된 팁을 Au 기판과 설정된 시간 동안 접촉시켰다 (설정점 = 1nN). 예를 들면, 팁을 표면과 각각 2, 4 및 16분간 접촉 유지시켜 0.66 ㎛, 0.88 ㎛ 및 1.6 ㎛ 직경의 ODT 점을 형성시켰다 (좌측에서 우측으로, 도 3a). 균일한 외형의 점은 팁으로부터 표면으로 모든 방향으로 ODT의균일한 유동을 반영하는 것 같다. 유사한 방식으로 알칸티올 유도체, 16-머캅토헥사데칸산의 점을 침적시킴으로써 반대 콘트라스트의 영상을 얻었다 (도 3b). 이는 분자가 팁으로부터 표면으로 수송되는 추가의 증거를 제공할 뿐만 아니라 DPN의 분자 보편성을 증명한다.DPN was also used to prepare molecular point features to demonstrate the "ink" diffusibility (FIGS. 3A and 3B). The ODT coated tip was in contact with the Au substrate for the set time (set point = 1nN). For example, the tips were held in contact with the surface for 2, 4 and 16 minutes, respectively, to form ODT spots of 0.66 μm, 0.88 μm and 1.6 μm diameters (left to right, FIG. 3A). The uniformly shaped dots seem to reflect the uniform flow of ODT in all directions from the tip to the surface. Images of opposite contrast were obtained by depositing the points of the alkanethiol derivative, 16-mercaptohexadecanoic acid in a similar manner (FIG. 3B). This not only provides additional evidence that molecules are transported from the tip to the surface but also demonstrates the molecular universality of the DPN.
개별적인 선과 점 이외에 배열 및 그리드를 형성시킬 수도 있다. 0.54 ㎛로 이격된 25개의 0.46 ㎛ 직경 ODT 점의 배열 (도 3c)는 ODT 코팅된 팁을 측면 이동없이 45% 상대 습도에서 20초 동안 표면(1 nM)과 접촉 유지시켜 점을 형성함으로써 생성하였다. 길이 2 ㎛ 및 폭 100 ㎚의 8개의 교차하는 선으로 이루어진 그리드 (도 3d)는 ODT 코팅된 팁을 Au 표면에 1 nN의 힘으로 4 ㎛/초의 스캔 속도로 1.5분 동안 스위핑하여 각 선을 형성함으로써 생성하였다.In addition to individual lines and points, arrays and grids may be formed. An array of 25 0.46 μm diameter ODT points spaced at 0.54 μm (FIG. 3C) was created by keeping the ODT coated tip in contact with the surface (1 nM) for 20 seconds at 45% relative humidity without lateral movement to form a point. . A grid of eight intersecting lines, 2 μm long and 100 nm wide (FIG. 3D), sweeps the ODT coated tip over an Au surface for 1.5 minutes at a scan rate of 4 μm / sec with a force of 1 nN to form each line. By producing.
실시예 2:"딥 펜" 나노리소그래피 Example 2: "Deep Pen" Nanolithography
매우 많은 화합물과 기판이 DPN에서 성공적으로 이용되었다. 이를 하기 표 1에 화합물과 기판의 조합에 대해 가능한 용도와 함께 나열하였다.Many compounds and substrates have been used successfully in DPN. This is listed in Table 1 below along with possible uses for the combination of compound and substrate.
AFM 팁 (파크 사이언티픽)을 사용하였다. 팁은 규소 팁, 질화규소 팁, 및 패터닝 화합물의 물리적 흡착을 증강시키기 위해 티탄 10 ㎚층으로 코팅된 질화규소 팁이었다. 질화규소 팁은 문헌[Holland,Vacuum Doposition Of Thin Films(Wiley, New York, NY, 1956]에 기재된 바와 같이 진공 증착에 의해 티탄으로 코팅하였다. 질화규소 팁을 티탄으로 코팅하면 팁을 무디게 하고 DPN의 해상도를 감소시킨다. 그러나, 티탄으로 코팅된 팁은 패터닝 화합물에 대한 용매로서 물을 사용하는 경우 유용하다. 코팅되지 않은 질화규소 팁을 사용하여 수행된 DPN에서 가장우수한 해상도를 보였다 (약 10 ㎚로 낮음).AFM tips (Park Scientific) were used. The tips were silicon tips, silicon nitride tips, and silicon nitride tips coated with a titanium 10 nm layer to enhance physical adsorption of the patterning compound. Silicon nitride tips were coated with titanium by vacuum deposition as described in Holland, Vacuum Doposition Of Thin Films (Wiley, New York, NY, 1956. Coating the silicon nitride tips with titanium blunted the tips and reduced the resolution of the DPN. However, tips coated with titanium are useful when water is used as solvent for the patterning compound, showing the best resolution (low to about 10 nm) in DPN performed using uncoated silicon nitride tips.
표 1에 나열한 금속 필름 기판은 문헌[Holland,Vacuum Doposition Of Thin Films(Wiley, New York, NY, 1956]에 기재된 바와 같이 진공 증착에 의해 제조하였다. 반도체 기판은 일렉트로닉 머티리얼스 인크.(Electronic Materials, Inc.), 실리콘 퀘스트 인크.(Silicon Quest, Inc.), MEMS 테크놀로지 어플리케이션 센터 인크.(MEMS Technology Applications Center, Inc.) 또는 크리스탈 스페셜티즈 인크.(Crystal Specialities, Inc.)에서 입수하였다.The metal film substrates listed in Table 1 were prepared by vacuum deposition as described in Holland, Vacuum Doposition Of Thin Films (Wiley, New York, NY, 1956. The semiconductor substrates were manufactured by Electronic Materials, Inc. Inc., Silicon Quest, Inc., MEMS Technology Applications Center, Inc. or Crystal Specialities, Inc.
표 1에 나열한 패터닝 화합물은 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Co.)에서 입수하였다. 표 1에 나열한 용매는 피셔 사이언티픽(Fisher Scientific)에서 입수하였다.The patterning compounds listed in Table 1 were obtained from Aldrich Chemical Co. Solvents listed in Table 1 were obtained from Fisher Scientific.
AFM 팁을 실시예 1에 기재된 바와 같이(패터닝 화합물 용액 중에 침지시킨 후 불활성 기체로 건조시킴), 또는 증착에 의해 또는 직접 접촉 스캐닝에 의해 패터닝 화합물로 코팅하였다. 실시예 1의 방법이 최상의 결과를 나타냈다. 또한 팁을 침지시키고 건조하는 것을 수회 반복하면 또한 결과를 개선시켰다.The AFM tip was coated with the patterning compound as described in Example 1 (soaked in a patterning compound solution and then dried with an inert gas), or by vapor deposition or by direct contact scanning. The method of Example 1 gave the best results. Repeating the tip dipping and drying several times also improved the results.
팁을 문헌[Sherman,Chemical Vapor Deposition For Microelectronics: Principles, Technology And Applications(Noyes, Park Ridges, NJ, 1987)]에 기재된 바와 같이 증착에 의해 코팅하였다. 간략하게, 패터닝 화합물을 순수 형태 (고체 또는 액체, 무용매)로 밀폐실 내에서 고체 기판 (예를 들면, 유리 또는 질화규소; 피셔 사이언티픽 또는 MEMS 테크놀로지 어플리케이션 센터로부터 입수함) 상에 놓았다. 공기에 의해 산화되는 화합물에 대해서는 진공실 또는 질소 충전실을이용하였다. AFM 팁을 패터닝 화합물로부터 약 1-20 ㎝에 배치하였고, 이 거리는 재료의 양과 챔버 디자인에 따른다. 이어서 화합물을 증발되는 온도로 가열하여, 팁을 화합물로 코팅시켰다. 예를 들면 1-옥타데칸티올은 60℃에서 증착시킬 수 있다. 팁을 증착에 의해 코팅하면 팁 상에 패터닝 화합물의 얇고 균일한 층이 형성되었고 DPN에 대해 매우 신뢰성있는 결과를 제공하였다.The tip was coated by vapor deposition as described in Sherman, Chemical Vapor Deposition For Microelectronics: Principles, Technology And Applications (Noyes, Park Ridges, NJ, 1987). Briefly, patterning compounds were placed in solid form (solid or liquid, solvent-free) on solid substrates (eg, glass or silicon nitride; available from Fisher Scientific or MEMS Technology Application Center) in a closed chamber. For the compound oxidized by air, a vacuum chamber or a nitrogen filling chamber was used. The AFM tip was placed about 1-20 cm from the patterning compound, depending on the amount of material and the chamber design. The compound is then heated to a temperature that evaporates, so the tip is coated with the compound. For example, 1-octadecanethiol can be deposited at 60 ° C. Coating of the tip by vapor deposition formed a thin, uniform layer of patterning compound on the tip and gave very reliable results for DPN.
팁을 패터닝 화합물의 포화 용액 소적을 고체 기판 (예를 들면, 유리 또는 질화규소; 피셔 사이언티픽 또는 MEMS 테크놀로지 어플리케이션 센터로부터 입수함) 상에 침적시킴으로써 직접 접촉 스캐닝에 의해 코팅하였다. 건조시키면, 패터닝 화합물은 기판 상에 미세결정상으로 형성되었다. 패터닝 화합물을 AFM 팁 상에 로딩하기 위해, 팁을 상기 미세결정상을 가로질러 반복적으로 스캐닝하였다 (~5㎐ 스캔 속도). 이 방법은 단순하지만, 기판으로부터 팁으로 전달된 패터닝 화합물의 양을 조절하기 어렵기 때문에 팁의 최상의 로딩을 발생시키지 않았다.The tip was coated by direct contact scanning by depositing saturated solution droplets of the patterning compound onto a solid substrate (eg, glass or silicon nitride; available from Fisher Scientific or MEMS Technology Application Center). Upon drying, the patterning compound formed into a microcrystalline phase on the substrate. To load the patterning compound onto the AFM tip, the tip was repeatedly scanned across the microcrystalline phase (˜5 μs scan rate). This method is simple but did not result in the best loading of the tip because it is difficult to control the amount of patterning compound transferred from the substrate to the tip.
DPN을 파크 사이언티픽 AFM, 모델 CP, 스캐닝 속도 5-10 ㎐를 사용하여 실시예 1에 기재한 바와 같이 수행하였다. 스캐닝 시간은 10초 내지 5분이었다. 제조된 패턴은 그리드, 점, 문자 및 직사각형을 포함하였다. 그리드 선 및 문자를 형성하는 선의 폭은 15 ㎚ 내지 250 ㎚ 범위이고, 개별적인 점의 직경은 12 ㎚ 내지 5 ㎛ 범위이었다.DPN was performed as described in Example 1 using Park Scientific AFM, Model CP, Scanning Speed 5-10 Hz. Scanning time was 10 seconds to 5 minutes. The pattern produced included grids, dots, letters and rectangles. The width of the grid lines and the lines forming the letters ranged from 15 nm to 250 nm and the diameters of the individual dots ranged from 12 nm to 5 μm.
실시예 3:코팅된 팁을 이용한 원자력 현미경법 Example 3: Nuclear Microscopy with Coated Tips
상기 언급한 바와 같이, AFM이 공기중에서 조작될 때, 수분은 팁과 표면 사이에서 응축되어 팁의 표면을 가로질러 스캐닝됨과 동시에 모세관 현상에 의해 수송된다. 예를 들면, 문헌[Piner 등,Langmuir13,6864-6868 (1997)]을 참조한다. 특히, 이와 같이 충전된 모세관, 및 상기 모세관과 관련된 모세관력은 AFM의 조작을 상당히 방해하며, 특히 측방력 방식으로 구동시킬 때 그러하다. 예를 들면, 문헌[Noy 등,J Am. Chem. Soc.117, 7943-7951 (1995); Wilbur 등,Langmuir11, 825-831 (1995)]을 참조한다. 공기중에서, 팁과 샘플 사이의 모세관력은 화학적 결합력보다 대략 10배 정도 크다. 따라서, 모세관력은 샘플의 구조 및 영상화 과정에 실질적으로 영향을 끼칠 수 있다. 설상가상으로, 이러한 효과의 크기는 팁과샘플의 상대적 소수성, 상대 습도 및 스캔 속도를 비롯한 다양한 변수에 따라 달라질 것이다. 이러한 이유로, 많은 연구 그룹들은 상기 효과가 더욱 균일하고 재현가능한 용액 세포에서 작업하기로 결정하였다. 예를 들면, 문헌[Frisbie 등,Science265, 2071-2074 (1994); Noy 등,Langmuir14, 1508-1511 (1998)]을 참조한다. 그러나, 이는 AFM의 사용시 거북함을 느끼게 하고, 용매가 영상화될 재료의 구조에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 문헌[Vezenov 등,J. Am. Chem. Soc.119, 2006-2015 (1997)]을 참조한다. 따라서, 모세관 효과가 감소 또는 제거된 상태로 공기중에서 영상화할 수 있는 다른 방법이 바람직할 것이다.As mentioned above, when the AFM is operated in air, moisture condenses between the tip and the surface and is scanned across the surface of the tip and transported by capillary action. See, eg, Piner et al., Langmuir 13,6864-6868 (1997). In particular, these filled capillaries, and the capillary forces associated with these capillaries, significantly impede the operation of the AFM, especially when driven in a lateral force manner. See, eg, Noy et al . , J Am. Chem. Soc. 117, 7943-7951 (1995); Wilbur et al., Langmuir 11, 825-831 (1995). In air, the capillary force between the tip and the sample is approximately 10 times greater than the chemical bond force. Thus, capillary forces can substantially affect the structure and imaging process of the sample. To make matters worse, the magnitude of this effect will depend on various variables, including the relative hydrophobicity of the tip and sample, the relative humidity and the scan rate. For this reason, many research groups have decided to work on solution cells where the effect is more uniform and reproducible. See, eg, Frisbie et al., Science 265, 2071-2074 (1994); Noy et al., Langmuir 14, 1508-1511 (1998). However, this can make you feel awkward when using AFM and the solvent can affect the structure of the material to be imaged. See, eg, Vezenov et al., J. Am. Chem. Soc. 119, 2006-2015 (1997). Thus, other methods that can image in air with reduced or eliminated capillary effects would be desirable.
본 실시예는 그러한 방법 중 하나를 기재한다. 이 방법은 1-도데실아민의 물리적 흡착층으로 질화규소 AFM 팁을 변형시키는 것과 관련되어 있다. 그러한 팁은 모세관력을 실질적으로 감소시키고 더 높은 해상도를 제공함으로써 (특히, 연질 재료에서) 공기중에서 LFM을 수행하는 능력을 향상시켜준다.This embodiment describes one such method. This method involves modifying the silicon nitride AFM tip with a physical adsorption layer of 1-dodecylamine. Such tips improve the ability to perform LFM in air (particularly in soft materials) by substantially reducing capillary forces and providing higher resolution.
본 실시예에 기재된 모든 데이타는 AFM/LFM 헤드가 장착된 파크 사이언티픽 모델 (Park Scientific Model) CP AFM을 이용하여 수득한 것이다. 캔티레버 (모델 번호 MLCT-AUNM)는 파크 사이언티픽사에서 얻었고, 이는 금으로 코팅된 마이크로레버, 질화규소 팁, 캔티레버 A, 스프링 상수 = 0.05 N/m를 가진다. AFM을 건조 질소 퍼지 선으로 변형된 파크 진동 단리 챔버에 올려놓았다. 또한, 챔버 내부에 놓인 전자 습도계를 이용하여 습도 (12 내지 100%의 범위 ±5%)를 측정하였다. 백운모 녹색 운모는 테드 펠라사 (Ted Pella, Inc.)에서 얻었다. 소다 석회 유리 현미경 슬라이드는 피셔 (Fisher)사에서 얻었다. 직경이 0.23±0.002 ㎛인 폴리스티렌구체는 폴리사이언스 (Polysciences)사에서 구입하였고, 실리콘상의 Si3N4는 MCNC MEMS 테크놀로지 어플리케이션 센터에서 얻었다. 1-도데실아민(99+%)은 알드리치 케미칼사 (Aldrich Chemical Inc.)에서 구입하여 추가 정제없이 사용하였다. 아세토니트릴 (A.C.S. 등급)은 피셔 사이언티픽 이스트러먼츠사 (Fisher Scientific Instruments, Inc.)에서 구입하였다.All data described in this example were obtained using a Park Scientific Model CP AFM equipped with an AFM / LFM head. Cantilever (Model No. MLCT-AUNM) was obtained from Park Scientific, which has a gold coated microlever, silicon nitride tip, cantilever A, spring constant = 0.05 N / m. The AFM was placed in a park vibration isolation chamber transformed with a dry nitrogen purge line. In addition, the humidity (range of 5% to 12%) was measured using an electronic hygrometer placed inside the chamber. Dolomite green mica was obtained from Ted Pella, Inc. Soda-lime glass microscope slides were obtained from Fisher. Polystyrene spheres with a diameter of 0.23 ± 0.002 μm were purchased from Polysciences, and Si 3 N 4 on silicon was obtained from the MCNC MEMS Technology Application Center. 1-dodecylamine (99 +%) was purchased from Aldrich Chemical Inc. and used without further purification. Acetonitrile (ACS grade) was purchased from Fisher Scientific Instruments, Inc.
1-도데실아민으로 AFM 팁을 코팅하는 2가지 방법을 조사하였다. 첫번째 방법은 1-도데실아민으로 에탄올 또는 아세토니트릴을 포화시킨 후, 이 용액의 소적을 유리 기판상에 침적시키는 것을 포함한다. 건조시 1-도데실아민은 유리 기판상에 미세결정질 상을 형성하였다. AFM 팁상에 1-도데실아민을 로딩하기 위해, 상기 미세결정질 상을 가로질러 반복적으로 팁을 스캐닝(∼5Hz의 스캔 속도)하였다. 이 방법이 간단하기는 하지만, 기판에서 팁으로 수송되는 1-도데실아민의 양을 조절하기 어렵기 때문에 팁에 최상의 상태로 로딩되지 않았다.Two methods of coating AFM tips with 1-dodecylamine were investigated. The first method involves saturating ethanol or acetonitrile with 1-dodecylamine and then depositing droplets of this solution on a glass substrate. Upon drying 1-dodecylamine formed a microcrystalline phase on the glass substrate. To load 1-dodecylamine on the AFM tip, the tip was repeatedly scanned (scan rate of ˜5 Hz) across the microcrystalline phase. Although this method is simple, it was not loaded to the tip at its best since it was difficult to control the amount of 1-dodecylamine transported from the substrate to the tip.
더 좋은 방법은 도데실아민을 용액에서 AFM 캔티레버로 직접 수송하는 것이었다. 이 방법은 팁에 어떠한 잔류 오염물이라도 제거하기 위해 AFM 캔티레버 및 팁을 아세토니트릴 중에 몇분 동안 침지시키는 것을 포함하였다. 그 후에 팁을 약 30초 동안 ∼5 mM의 1-도데실아민/아세토니트릴 용액에 침지시켰다. 다음 단계로, 팁을 압착 프레온으로 취입 건조시켰다. 통상, 이 절차를 수회 반복하는 것은 최상의 결과를 얻게 하였다. 1-도데실아민은 질화규소 팁 상에 화학적으로 흡착되기 보다는 물리적으로 흡착된다. 더욱이, 도데실아민은 벌크 질화규소의 경우와 같이아세토니트릴로 팁을 세정함으로써 제거될 수 있다. 예를 들면, 문헌[Benoit 등 Microbeam and Nanobeam Analysis; Springer Verlag, (1996)]을 참조한다. 이러한 방법으로 팁을 변형시키면, 하기 기재되는 여러 가지 실험에 의해 증명되는 바와 같이 대기의 수분 응축으로 인하여 모세관 효과가 상당히 감소한다.A better way was to transfer dodecylamine directly from solution to the AFM cantilever. This method involved immersing the AFM cantilever and tip in acetonitrile for several minutes to remove any residual contaminants on the tip. The tip was then immersed in -5 mM 1-dodecylamine / acetonitrile solution for about 30 seconds. In the next step, the tip was blow dried with compression freon. Usually, repeating this procedure several times yielded the best results. 1-dodecylamine is physically adsorbed rather than chemically adsorbed on silicon nitride tips. Moreover, dodecylamine can be removed by washing the tip with acetonitrile as in the case of bulk silicon nitride. See, eg, Benoit et al. Microbeam and Nanobeam Analysis; Springer Verlag, (1996). Deforming the tip in this way significantly reduces the capillary effect due to moisture condensation of the atmosphere, as evidenced by the various experiments described below.
우선, AFM의 측방력 검출기와 직접 연결된 디지털 오실로스코프를 이용하여 시간에 대한 함수로서 측방력 출력신호를 기록하였다. 이 실험에서, 팁이 오른쪽 에서 왼쪽으로 스캐닝되는 경우에 비해 왼쪽에서 오른쪽으로 스캐닝될 때 마찰력의 방향이 바뀌었다. 따라서, LFM 검출기의 출력신호는 팁의 스캔 방향이 바뀔 때마다 극성이 바뀌었다. 하나 이상의 AFM 래스터 스캔을 기록하면, 검출기의 출력신호 형태는 도 4A-B와 같이 방형파의 형태였다. 방형파의 높이는 샘플에 대한 팁의 미끄럼 마찰 (sliding friction)에 정비례하기 때문에, 거의 동일한 스캐닝 조건 및 환경 조건하에서 단순히 방형파의 높이를 비교함으로써, 변형되지 않은 팁과 유리 기판 사이의 마찰력을 변형된 팁과 유리 기판 사이의 마찰력과 비교할 수 있다.First, the lateral force output signal was recorded as a function of time using a digital oscilloscope directly connected to the lateral force detector of the AFM. In this experiment, the direction of friction was reversed when the tip was scanned from left to right compared to scanning from right to left. Therefore, the output signal of the LFM detector changed polarity whenever the scanning direction of the tip changed. When one or more AFM raster scans were recorded, the output signal shape of the detector was in the form of a square wave, as shown in FIGS. Since the height of the square wave is directly proportional to the sliding friction of the tip relative to the sample, the friction force between the undeformed tip and the glass substrate can be modified by simply comparing the height of the square wave under almost the same scanning and environmental conditions. It can be compared with the friction between the tip and the glass substrate.
팁/샘플의 마찰력은 변형되지 않은 팁보다 변형된 팁에서 계수 3 이상만큼 더 적었다. 이 실험을 운모 기판에서 반복하였으며, 이 때 유사한 마찰 감소가 관찰되었다. 통상, 이러한 방법으로 상기 조건에서 측정된 마찰의 감소는, 기판 및 상대 습도와 같은 환경 조건에 따라 변형된 팁에서 계수 3 내지 계수 10 초과의 범위만큼 더 적었다.The frictional force of the tip / sample was less than coefficient 3 or more at the deformed tip than the undeformed tip. This experiment was repeated on the mica substrate, at which similar friction reduction was observed. Typically, the reduction in friction measured under these conditions in this manner was less by a range of coefficients 3 to greater than coefficient 10 at the tip modified with environmental conditions such as substrate and relative humidity.
이 실험으로 AFM 팁을 1-도데실아민으로 처리하면 마찰이 저하됨을 알 수 있기는 하지만, 물 및 모세관력이 중요한 인자라는 것을 증명하지는 못했다. 또다른실험에서, 수분의 모세관 수송에 대한 1-도데실아민의 효과는 조사되지 않았다. 변형되지 않은 팁을 포함하는 수분 수송에 대한 상세한 내용은 다른 문헌에서도 논의되었다. 예를 들면, 문헌[Piner 등,Langmuir13, 6864-6868 (1997)]을 참조한다. 샘플을 가로질러 AFM 팁을 스캐닝했을 때, 도 5A에 나타난 바와 같이 모세관 작용에 의해 수분이 샘플로 수송되었다. 소다 유리 기판의 4 ㎛×5 ㎛ 영역을 몇분 동안 스캐닝한 후, 인접하는 수분 부가층 (adlayer)을 기판상에 침적시키고, 스캔 크기를 증가시켜 LFM에 의해 영상화하였다. 도 5A에 나타난 바와 같이, 수분이 침적된 저마찰 영역은 패인팅되지 않은 영역에 비해 어둡게 나타났다. 1-도데실아민으로 코팅된 팁을 이용하여 수행된 동일한 실험에서는, 도 5B에 나타난 바와 같이 실질적인 수분 수송의 증거가 없었다. 더욱이, 마찰에서의 무작위적 변수만이 관찰되었다.Although the experiments showed that treatment of AFM tips with 1-dodecylamine reduced friction, water and capillary forces were not important factors. In another experiment, the effect of 1-dodecylamine on capillary transport of moisture was not investigated. Details of water transport, including unmodified tips, have been discussed in other literature. See, eg, Piner et al., Langmuir 13, 6864-6868 (1997). When scanning the AFM tip across the sample, moisture was transported to the sample by capillary action as shown in FIG. 5A. After scanning the 4 μm × 5 μm region of the soda glass substrate for several minutes, adjacent moisture adlayers were deposited on the substrate and imaged by LFM with increasing scan size. As shown in FIG. 5A, the low friction region where moisture was deposited appeared darker than the unpainted region. In the same experiment performed with the tip coated with 1-dodecylamine, there was no evidence of substantial water transport as shown in FIG. 5B. Moreover, only random variables in friction were observed.
이들 실험은 마찰이 감소하고 모세관 작용에 의한 팁에서 기판으로의 수분 수송이 1-도데실아민으로 팁을 코팅함으로써 억제될 수 있음을 보여주기는 하지만, 변형된 팁의 해상도에 대한 정보를 제공하지는 못했다. 운모는 이러한 항목을 평가하기 위한 훌륭한 기판이고, 더욱이 변형된 팁을 이용하여 격자 해상된 영상을 쉽게 수득할 수 있었으며, 이는 도 6A에 나타난 바와 같이 상기와 같은 변형 과정이 팁을 무디게 하지 않으면서 마찰력을 감소시킨다는 것을 증명한다. 영상화에 관여하는 팁의 일부가 그 자체의 팁인지 그 위에 1-도데실아민의 층을 갖는 팁인지 결정하는 것은 불가능했다. 사실상, 1-도데실아민의 층은 Si3N4자체를 노광시키는팁의 일부로부터 기계적으로 제거되는 것 같다. 어쨌든, 수분이 접촉점을 둘러싸는 모세관의 충전을 억제하여 모세관 효과가 감소되었기 때문에 (상기 참조), 팁의 나머지 부분은 그 위에 도데실아민의 소수성 층을 가져야 했다.These experiments show that friction is reduced and water transport from the tip to the substrate by capillary action can be suppressed by coating the tip with 1-dodecylamine, but it does not provide information about the resolution of the modified tip. I couldn't. Mica is an excellent substrate for evaluating these items, and furthermore, it was easy to obtain a lattice resolved image using the deformed tip, as shown in Fig. 6A, so that the deforming process did not blunt the tip as shown in Figure 6A. Prove that it reduces. It was not possible to determine if some of the tips involved in imaging were their own tips or tips having a layer of 1-dodecylamine thereon. In fact, the layer of 1-dodecylamine seems to be mechanically removed from the part of the tip exposing Si 3 N 4 itself. In any case, because the moisture inhibited the filling of the capillaries surrounding the contact points (see above), the rest of the tip had to have a hydrophobic layer of dodecylamine thereon.
AFM의 원자 규모의 영상화 능력은 팁의 1-도데실아민 코팅에 의해 부작용이 생기지는 않지만, 상기 실험이 더 큰 규모의 형태학적 데이타를 얻는데 상기 팁의 적합성에 대한 유용한 정보를 제공하지 못했다. 그러한 정보를 얻기 위해, 단순분산된 0.23 ㎛ 직경의 라텍스 구체의 샘플을 변형된 팁과 변형되지 않은 팁으로 영상화하였다. AFM에 의해 기록된 토포그래피 (topography)는 팁의 형상과 샘플 형상의 컨볼루션 (convolution)이기 때문에, 팁 형상의 어떠한 변화도 라텍스 구체의 영상화된 토포그래피에 변화를 반영할 것이다. 도 7A-B에 나타난 바와 같이, 변형되지 않은 팁과 변형된 팁을 이용하여 각각 수득한 영상에서는 어떠한 검출가능한 차이도 발견되지 않았다. 이는 금속성 코팅이 팁으로 증발된 경우에 나타나는 것에 비해 팁의 형상이 현저하게 변하지 않았음을 의미한다. 게다가, 이는 1-도데실아민 코팅이 팁의 표면상에서 매우 균일했으며, 원자 규모의 영상화에 부작용이 생기지 않을만큼 만족할만한 형상이었음을 시사한다.The atomic scale imaging capability of AFM was not adversely affected by the 1-dodecylamine coating of the tip, but the experiment did not provide useful information about the tip's suitability for obtaining larger scale morphological data. To obtain such information, a sample of 0.23 μm diameter latex spheres that were simply dispersed was imaged with deformed and undeformed tips. Since the topography recorded by AFM is the convolution of the tip shape and the sample shape, any change in tip shape will reflect the change in the imaged topography of the latex spheres. As shown in FIGS. 7A-B, no detectable difference was found in the images obtained with the unmodified tip and the modified tip, respectively. This means that the shape of the tip did not change significantly compared to what would appear when the metallic coating evaporated to the tip. In addition, this suggests that the 1-dodecylamine coating was very uniform on the surface of the tip and was satisfactory in shape that would not cause adverse effects on atomic scale imaging.
중요한 논의점은 연질 재료의 영상화에 있어서 변형된 팁의 성능에 관한 것이다. 통상, 화학적으로 변형된 팁이 그 자체의 팁에 비해 성능이 개선된 것인지 아닌지 결정하는 것은 어렵다. 이는 화학적 변형이 종종 중간층의 침적을 필요로하는 비가역적 과정이기 때문이다. 그러나, 본원에 기록된 변형 과정은 1-도데실아민의 물리적 흡착층을 기재로 하기 때문에, 변형 전, 변형 후, 및 세정하여 1-도데실아민이 제거된 팁의 성능을 비교하는 것이 가능했다. 정량적으로, 1-도데실아민으로 변형된 팁은 알칸티올 기재의 단일층 및 다양한 기판상에 침적된 유기 결정의 영상화에 있어서 항상 상당한 향상을 제공하였다. 예를 들어, Au(111) 표면상에 자체회합된 소수성 11-머캅토-1-운데칸올의 격자 해상된 영상은 도 6B에 나타낸 바와 같이 변형된 팁으로 용이하게 수득되었다. 격자는 변형되지 않은 동일한 AFM 팁으로 해상될 수 없었다. 이 표면에서, 코팅된 팁은 방형파 분석 (상기 참조)시 계수 5 이상의 마찰 감소가 나타났다. OH-말단 SAM은 친수성이며, 따라서 깨끗한 팁에 대한 강한 모세관 인력을 가진다는 것을 알아야 한다. 팁의 변형에 의한 모세관력의 감소는 격자의 영상화를 가능하게 한다.An important point of discussion concerns the performance of deformed tips in imaging soft materials. Typically, it is difficult to determine whether a chemically modified tip has improved performance over its own tip. This is because chemical modification is often an irreversible process that requires deposition of the interlayer. However, since the modification process reported herein is based on the physical adsorption layer of 1-dodecylamine, it was possible to compare the performance of the tip with 1-dodecylamine removed before, after deformation and by washing. . Quantitatively, tips modified with 1-dodecylamine always provided a significant improvement in the imaging of alkanediol based monolayers and organic crystals deposited on various substrates. For example, lattice resolved images of hydrophobic 11-mercapto-1-undecanol self-associated on Au (111) surface were readily obtained with modified tips as shown in FIG. 6B. The grating could not be resolved with the same AFM tip undeformed. At this surface, the coated tip exhibited a friction reduction of at least a factor of 5 during the square wave analysis (see above). It should be noted that the OH-terminated SAM is hydrophilic and therefore has a strong capillary attraction to a clean tip. The reduction of capillary force due to deformation of the tip enables imaging of the grating.
향상된 해상도에 대한 두번째 실시예는 운모상에 응축된 수분과 같이 자유롭게 정지된 액체 표면의 영상화에 관한 것이다. 30 내지 40%의 습도에서, 운모상의 수분이 2가지 상을 갖는다는 것은 잘 공지되어 있다. 예를 들면, 문헌[Hu 등,Science268, 267-269 (1995)]을 참조한다. 상기 연구 그룹에 의한 선행 작업에서, 비접촉 방식의 스캐닝 극성화력 현미경(SPFM; scanning polarization force microscope)을 이용하여 이들 상을 영상화하였다. 프로브 팁이 운모에 접촉할 때, 강한 모세관력에 의해 수분이 팁을 적시게 되어 운모상의 수분 응축이 강력히 방해된다는 것을 발견하였다. 수분의 2가지 상을 영상화할 수 있도록 모세관 효과를 감소시키기 위해, 팁을 표면으로부터 ∼20 nm 떨어지게 하였다. 이러한 압박으로 인해, 접촉 방식의 스캐닝 프로브 기술로는 상기와 같은 상을 영상화할 수 없다. 도 6C-D는 30% 습도에서 1-도데실아민으로 변형된 팁을 이용하여 접촉 방식에서 기록된 운모상의 수분의 2가지 상에 대한 영상을 보여준다. 형상의 높이 (도 6C)는 마찰 지도 (도 6D)에 상응했으며, 형상의 높이가 높을수록 마찰이 적었다. 팁상의 1-도데실아민의 균일함과 상관관계가 있는 것으로 생각되는 변형된 팁의 질은 중요했다. 단지 잘 변형된 팁만이 수분의 2가지 상에 대한 영상화를 가능하게 한 반면, 변형 정도가 낮은 팁을 이용하면 질이 낮은 영상이 나타났다. 사실상, 이는 다른 샘플에 대해 과정을 수행하기 이전에 1-도데실아민으로 변형된 팁의 질을 측정하기 위해 사용되는 진단적 지시제로서 이용될 수 있을 정도로 민감한 시험이었다.A second embodiment for improved resolution relates to the imaging of freely stationary liquid surfaces such as moisture condensed on mica. It is well known that at 30-40% humidity, the mica phase has two phases. See, eg, Hu et al., Science 268, 267-269 (1995). In previous work by the study group, these images were imaged using a non-contact scanning polarization force microscope (SPFM). When the probe tip contacts the mica, it was found that the strong capillary force moistened the tip, strongly inhibiting mica water condensation. In order to reduce the capillary effect so that two phases of moisture can be imaged, the tip was ˜20 nm away from the surface. Due to this pressure, such a scanning image cannot be imaged by a contact scanning probe technique. 6C-D show images of two phases of mica phase moisture recorded in contact mode using a tip modified with 1-dodecylamine at 30% humidity. The height of the shape (Fig. 6C) corresponded to the friction map (Fig. 6D), and the higher the shape, the less friction. The quality of the modified tip, which is thought to correlate with the uniformity of 1-dodecylamine on the tip, was important. Only well deformed tips allowed imaging of two phases of moisture, while low deformed tips resulted in poor quality images. In fact, this was a test that was sensitive enough to be used as a diagnostic indicator used to measure the quality of a tip modified with 1-dodecylamine before performing the procedure on another sample.
결론적으로, 본 실시예는 매우 간단하지만 매우 유용한, Si3N4AFM 팁을 소수성으로 만드는 방법을 기재하고 있다. 이 변형 절차는 모세관력을 감소시키고, 공기중에서 AFM의 성능을 향상시킨다. 중요하게도, 이 방법은 AFM 팁의 형상에 부작용이 없으며, SAM 및 심지어 고형 지지체상에 자유롭게 정지된 수분과 같은 연질 재료를 비롯한 친수성 기판의 격자 해상된 영상을 얻을 수 있게 해준다. 용액 세포가 모세관력의 영향을 감소시킬 수 있음에도 불구하고 연질 재료의 구조는 용매에 의해 상당히 영향을 받기 때문에, 공기중에서 그러한 정보를 얻게 해주는 방법론상의 개발은 매우 중요하다. 예를 들면, 문헌[Vezenov 등,J. Am. Soc.119, 2006-2015 (1997)을 참조한다. 결국, 우선 AFM 팁을 금속층으로 코팅한 후 화학흡착된 소수성 유기층으로 금속층을 유도체화하여 상기 팁을 더욱 소수성으로 만드는 것이 가능함에도 불구하고, AFM 팁을 무디게 하지 않으면서 그렇게 하는 것은 어렵다.In conclusion, this example describes a very simple but very useful method of making Si 3 N 4 AFM tips hydrophobic. This deformation procedure reduces capillary forces and improves the performance of AFM in air. Importantly, this method has no side effects on the shape of the AFM tip and allows to obtain lattice resolved images of hydrophilic substrates, including soft materials such as freely suspended moisture on SAM and even solid supports. Although solution cells can reduce the effects of capillary forces, the development of methodologies for obtaining such information in the air is very important because the structure of the soft material is significantly affected by the solvent. See, eg, Vezenov et al., J. Am. Soc. 119, 2006-2015 (1997). After all, it is difficult to do so without blunting the AFM tip, although it is possible to first coat the AFM tip with a metal layer and then derivatize the metal layer with a chemisorbed hydrophobic organic layer to make the tip more hydrophobic.
실시예 4:다중 성분 "딥 펜" 나노리소그래피 Example 4: Multicomponent "Dip Pen" Nanolithography
화학적으로 별개의 재료로 구성된, 나노 규모의 리소그래피에 의해 생성된 패턴을 배열할 수 없다는 것은 고체 상태 및 분자 기재의 나노 전자공학의 개발을 제한하는 문제점이다. 예를 들면, 문헌[Reed 등,Science278, 252 (1997); Feldheim 등,Chem. Soc. Rev.27, 1 (1998)]을 참조한다. 이러한 문제점의 1차적인 이유는 많은 리소그래피의 과정이 1) 마스킹 또는 스탬핑 절차에 의존적이고, 2) 레지스트 층을 사용하며, 3) 심각한 써말 드리프트 (thermal drift) 문제에 직면해 있고, 4) 광학에 기초한 패턴 배열에 의존적이기 때문이다. 예를 들면, 문헌[Campbell, The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication (Oxford Press); Chou 등,Appl. Phys. Lett.67, 3114 (1995); Wang 등,Appl. Phys. Lett.70, 1593 (1997); Jackman 등,Science269, 664 (1995); Kim 등,Nature376, 581 (1995); Schoer 등,Langmuir13, 2323 (1997); Whelan 등,Appl. Phys. Lett.69, 4245 (1996); Younkin 등,Appl. Phys. Lett.71, 1261 (1997); Bottomley,Anal. Chem.70, 425R. (1998); Nyffenegger and Penner,Chem. Rev.97, 1195 (1997); Berggren, 등,Science269, 1255 (1995); Sondag-Huethorst 등,Appl. Phys. Lett.64, 285 (1994); Schoer and Crooks,Langmuir13, 2323 (1997); Xu and Liu,Langmuir13, 127 (1997); Perkins, 등,Appl. Phys. Lett.68, 550 (1996); Carr, 등,J. Vac. Sci. Technol. A15, 1446 (1997); Sugimura 등,J. Vac. Sci. Technol. A14, 1223 (1996); Komeda 등,J. Vac. Sci. Technol.A16, 1680 (1998); Muller 등,J. Vac. Sci. Technol. B13, 2846 (1995); 및 Kim and M. Lieber,Science257, 375 (1992)]을 참조한다.The inability to arrange patterns produced by nanoscale lithography, composed of chemically distinct materials, is a problem that limits the development of nanoelectronics in solid state and molecular substrates. See, eg, Reed et al., Science 278, 252 (1997); Feldheim et al. , Chem. Soc. Rev. 27, 1 (1998). The primary reason for this problem is that many lithography processes are 1) dependent on masking or stamping procedures, 2) use a resist layer, 3) face severe thermal drift problems, and 4) optical Because it depends on the pattern arrangement based See, eg, Campbell, The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication (Oxford Press); Chou et al. , Appl. Phys. Lett. 67, 3114 (1995); Wang et al. , Appl. Phys. Lett. 70, 1593 (1997); Jackman et al., Science 269, 664 (1995); Kim et al ., Nature 376, 581 (1995); Schoer et al., Langmuir 13, 2323 (1997); Whelan et al. , Appl. Phys. Lett. 69, 4245 (1996); Younkin et al. , Appl. Phys. Lett. 71, 1261 (1997); Bottomley, Anal. Chem. 70, 425 R. (1998); Nyffenegger and Penner, Chem. Rev. 97, 1195 (1997); Berggren, et al., Science 269, 1255 (1995); Sondag-Huethorst et al. , Appl. Phys. Lett. 64, 285 (1994); Schoer and Crooks, Langmuir 13, 2323 (1997); Xu and Liu, Langmuir 13, 127 (1997); Perkins, et al. , Appl. Phys. Lett. 68, 550 (1996); Carr, et al . , J. Vac. Sci. Technol. A 15, 1446 (1997); Sugimura et al., J. Vac. Sci. Technol. A 14, 1223 (1996); Komeda et al . , J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1680 (1998); Muller et al . , J. Vac. Sci. Technol. B 13, 2846 (1995); And Kim and M. Lieber, Science 257, 375 (1992).
형상의 크기에 있어서, 레지스트 기재의 광학적 방법이 >100 nm 폭의 선 및 공간적 해상도 체계에서 연질 또는 고체 상태의 많은 재료를 재현가능하게 패터닝하는 반면, 전자빔 리소그래피 방법은 10 내지 200 nm 규모의 패터닝을 가능하게 한다. 연질 리소그래피의 경우, 전자빔 리소그래피 및 광학적 방법은 레지스트 층, 및 성분 분자로 에칭된 영역의 재충전에 의존적이다. 이러한 간접적인 패터닝 방법은 생성된 구조의 화학적 순도를 손상시키며, 패터닝될 수 있는 재료의 유형을 제한한다. 게다가, 하나 이상의 물질이 리소그래피에 의해 패터닝될 때, 이 기술에 이용된 광학 기초의 패턴 배열 방법은 공간적 해상도를 약 100 nm로 제한한다.In terms of shape size, the resist-based optical method reproducibly pattern many materials in the soft or solid state in a line and spatial resolution regime of> 100 nm wide, while electron beam lithography methods produce patterning on the 10-200 nm scale. Make it possible. For soft lithography, electron beam lithography and optical methods rely on the refilling of the resist layer and the regions etched with the component molecules. This indirect patterning method impairs the chemical purity of the resulting structure and limits the type of material that can be patterned. In addition, when one or more materials are patterned by lithography, the optically based pattern arrangement method used in this technique limits the spatial resolution to about 100 nm.
본 실시예는 DPN에 의한 다중 성분 나노구조의 생성에 대해 기재하며, 2가지 상이한 연질 재료의 패턴이 이 기술에 의해 독단적인 방식으로 거의 완벽한 배열 및 10 nm의 공간 해상도로 생성될 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 연질 구조를 생성, 배열 및 서로 조절하는 분자 기재의 전자공학 및 종래의 거시적으로 접근가능한 미세 전자공학적 회로에 관심있는 사람들에게 많은 방법을 공개해야 한다.This example describes the creation of multicomponent nanostructures by DPN, showing that two different soft material patterns can be produced by this technique in an almost perfect arrangement and at a spatial resolution of 10 nm. . These results should reveal many methods to those interested in molecular based electronics and conventional macro-accessible microelectronic circuits that create, arrange, and modulate soft structures.
달리 한정되지 않는 한, DPN은 종래의 기계(Park Scientific CP AFM) 및 캔티레버(Park Scientific Microlever A)를 이용하여 원자적으로 평평한 Au(111) 기판상에서 수행하였다. 원자적으로 평평한 Au(111) 기판은, 우선 운모 조각을 120℃의 진공에서 12시간 동안 가열하여 가능한 수분을 제거한 후, 30 nm의 금을 220℃의 진공에서 운모 표면에 열증발시켜 제조하였다. 원자적으로 평평한 Au(111)기판을 이용하면, 15 nm 폭의 선이 침적될 수 있다. 피에조 튜브 드리프트 (piezo tube drift) 문제를 예방하기 위해, 폐쇄 루프 스캔 조절기가 장착된 100 ㎛ 스캐너 (Park Scientific)를 모든 실험에 이용하였다. 패터닝 화합물을 실시예 1에 기재된 바와 같이 팁상에 코팅시키거나 (용액중의 침지) 기상 증착 (액체 및 저융점 고체의 경우)에 의해 코팅하였다. 기상 증착은 질화규소 캔티레버를 100 mL의 반응 용기에서 패터닝 화합물 (ODT) 위 1 cm에 현탁시켜 수행하였다. 이 시스템을 폐쇄하고, 60℃에서 20분 동안 가열한 후, 코팅된 팁을 사용하기 전에 상온으로 냉각시켰다. 용액중의 침지 또는 기상 증착에 의한 코팅 전 및 후의 팁에 대한 SEM 분석은 패터닝 화합물이 팁에 균일하게 코팅되었음을 보여주었다. 팁상의 균일한 코팅은 제어된 방식으로 패터닝 화합물을 기판에 침적시켜 주는 것 뿐만 아니라 질이 높은 영상을 수득하게 해준다.Unless otherwise limited, DPNs were performed on atomically flat Au (111) substrates using conventional machines (Park Scientific CP AFM) and Cantilever (Park Scientific Microlever A). The atomically flat Au (111) substrate was prepared by first heating the mica flakes at 120 ° C. for 12 hours to remove possible moisture and then thermally evaporating 30 nm of gold to the mica surface at 220 ° C. in a vacuum. Using an atomically flat Au (111) substrate, a 15 nm wide line can be deposited. In order to prevent piezo tube drift problems, a 100 μm scanner (Park Scientific) equipped with a closed loop scan regulator was used for all experiments. The patterning compound was either coated on the tip (immersion in solution) or by vapor deposition (for liquid and low melting solids) as described in Example 1. Vapor deposition was performed by suspending a silicon nitride cantilever at 1 cm on a patterning compound (ODT) in a 100 mL reaction vessel. The system was closed and heated at 60 ° C. for 20 minutes and then cooled to room temperature before use of the coated tip. SEM analysis of the tip before and after coating by dipping in solution or vapor deposition showed that the patterning compound was uniformly coated on the tip. The uniform coating on the tip not only deposits the patterning compound on the substrate in a controlled manner but also results in high quality images.
DPN은 나노구조를 형성하기 위해 사용한 것과 동일한 수단으로 상기 나노구조의 영상화를 가능하게 하기 때문에, 상이한 연질 재료로 만들어진 훌륭한 레지스트리의 나노구조를 생성하는 것이 가능하리라는 전망이 있었다. DPN에 의해 레지스트리에서 다중 패턴을 생성하는 것에 대한 기본적인 아이디어는 배열 마스크에 의존하는 전자빔 리소그래피에 의해 다중 성분 구조를 생성하는 전략과 유사하다. 그러나, DPN 방법은 배열 마스크를 편재하는데 레지스트나 광학적 방법을 이용하지 않는다는 점에서 2가지 독특한 잇점을 갖는다. 예를 들어, DPN을 이용하면, MHA-코팅된 팁을 10초 동안 Au(111) 표면과 접촉 (0.1 nN)된 상태로 유지함으로써 Au(111) 면이 있는 기판 (원자적으로 평평한 Au(111) 기판에 대해 상기 기재된 바와 동일하게 제조됨)상에 1,16-머캅토헥사데카노산 (MHA)의 15 nm 직경의 자체회합된 단일층(SAM; self-assembled monolayer) 점(dot)를 생성할 수 있다 (도 9A 참조). 스캔 크기를 증가시킴으로써, 패터닝된 점은 측방력 현미경법 (LFM)에 의해 동일한 팁으로 영상화된다. SAM 및 그 자체의 금은 습윤성이 매우 다르기 때문에, LFM은 훌륭한 콘트라스트를 제공한다. 예를 들면, 문헌[Wilbur 등,Langmuir11, 825 (1995)]을 참조한다. 제1 패턴의 위치에 기초하여, 부가 패턴의 좌표가 결정 (도 9B 참조)될 수 있으며, 이는 MHA 점의 제2 패턴의 정확한 배치를 가능하게 한다. 점의 균일성을 유념해야 하며 (도 9A), 제2 패턴에 대한 제1 패턴의 최대 배열 오차는 10 nm 미만이어야 함을 주의해야 한다 (도 9C의 오른쪽 윗부분 가장자리 참조). 도 9A 및 9C 사이에서 데이타를 생성하는데 경과된 시간은 10분이었으며, 이는 DPN이 환경의 적당한 조절하에 주변 조건에서 공간 및 패턴 배열 해상도가 10 nm보다 더 양호한 상태로 유기 단일층의 패터닝에 사용될 수 있음을 의미한다.Since DPN allows imaging of such nanostructures by the same means used to form nanostructures, it was possible to create fine registry nanostructures made of different soft materials. The basic idea of generating multiple patterns in the registry by DPN is similar to the strategy of creating multiple component structures by electron beam lithography that relies on array masks. However, the DPN method has two unique advantages in that it does not use resist or optical methods to localize the array mask. For example, with DPN, a substrate with an Au (111) face (atomicly flat Au (111) surface is maintained by keeping the MHA-coated tip in contact with the Au (111) surface for 10 seconds (0.1 nN). ) Creates a 15 nm diameter self-assembled monolayer (SAM) dot of 1,16-mercaptohexadecanoic acid (MHA) on the same) as described above for the substrate). May be done (see FIG. 9A). By increasing the scan size, the patterned points are imaged with the same tip by lateral force microscopy (LFM). Since SAM and the gold of its own are very different in wettability, LFM provides good contrast. See, eg, Wilbur et al., Langmuir 11, 825 (1995). Based on the position of the first pattern, the coordinates of the additional pattern can be determined (see FIG. 9B), which enables accurate placement of the second pattern of MHA points. Note the uniformity of the points (FIG. 9A), and note that the maximum misalignment of the first pattern with respect to the second pattern should be less than 10 nm (see upper right corner of FIG. 9C). The elapsed time to generate data between FIGS. 9A and 9C was 10 minutes, which means that DPN can be used for patterning of organic monolayers with better spatial and pattern array resolution than 10 nm at ambient conditions under moderate control of the environment. It means that there is.
다중 패터닝 화합물로 패터닝하기 위한 방법은 상기 기재된 실험에 대한 부가적인 변형을 필요로 했다. MHA SAM 점 패턴이 패터닝 화합물로 코팅된 팁을 이용하여 영상화되었기 때문에, 영상화하는 동안 소량의 검출 불가능한 패터닝 화합물이 침적된 것 같다. 이는 DPN의 일부 적용분야, 특히 전자적 측정을 다루는 분야에서 분자 기재의 구조에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 이 문제점을 극복하기 위해, MHA로 코팅된 팁을 이용하여 만들어진 마이크론 규모의 배열 마스크 (도 10A의 십자선)를 사용하여 Au 기판상의 본래의 영역에 나노구조를 정확하게 위치하게 하였다. 통상적인 실험에서, MHA로 구성되고 190 nm 분리된 50 nm의 평행한 선의최초 패턴을 제조하였다 (도 10A 참조). 이 패턴은 외부 배열 마스크로부터 2 ㎛ 떨어져 있었다. 이들 선의 영상은 패터닝된 영역의 오염을 피하기 위해 영상화하지 않았다는 것을 알아야 한다. 이후에, MHA로 코팅된 팁을 ODT로 코팅된 팁으로 대체하였다. 이 팁은 배열 마스크를 편재하기 위해 사용되었으며, 배열 마스크의 위치에 기초하여 미리 계산된 좌표 (도 10B)를 이용하여 평행한 ODT SAM 선의 제2 세트로 기판을 패터닝하였다 (도 10C 참조). 이들 선이 서로 맞물리는 방식으로, MHA SAM 선의 제1 세트에 대해 거의 완벽한 레지스트리로 위치했다는 것을 알아야 한다 (도 10C 참조).The method for patterning with multiple patterning compounds required additional modifications to the experiments described above. Since the MHA SAM dot pattern was imaged using a tip coated with the patterning compound, it appears that a small amount of undetectable patterning compound was deposited during imaging. This can have a significant impact on the structure of molecular substrates in some applications of DPN, particularly in the field of handling electronic measurements. To overcome this problem, a micron-scale array mask (crosshair of FIG. 10A) made using MHA coated tips was used to accurately position the nanostructures in the original area on the Au substrate. In a typical experiment, an initial pattern of 50 nm parallel lines consisting of MHA and 190 nm separated was prepared (see FIG. 10A). This pattern was 2 μm away from the outer array mask. It should be noted that the image of these lines was not imaged to avoid contamination of the patterned area. The tip coated with MHA was then replaced with the tip coated with ODT. This tip was used to localize the array mask and patterned the substrate with a second set of parallel ODT SAM lines using precomputed coordinates (FIG. 10B) based on the position of the array mask (FIG. 10C). It should be noted that in such a way that these lines are interlocked with each other, they are located in a near perfect registry for the first set of MHA SAM lines (see FIG. 10C).
DPN의 독특한 능력중 하나를 "덮어쓰기 (overwriting)"라 부른다. 덮어쓰기는 어떤 패터닝 화합물로 연질 구조를 생성한 후, 본래의 나노구조를 가로질러 제2 유형의 패터닝 화합물로 이를 충전하는 것과 관련되어 있다. 다중 패터닝 화합물, 높은 레지스트리, 및 적당히 넓은 영역에 걸친 DPN의 덮어쓰기 능력을 입증하기 위한 구상 실험의 추가 시험으로서, MHA로 코팅된 팁을 이용하여 100 nm 폭의 선으로 기하구조 3개 (삼각형, 사각형 및 오각형)를 생성하였다. 이후에, 팁을 ODT로 코팅된 팁으로 교체하고, 본래의 나노구조를 포함하는 10 ㎛×8.5 ㎛의 영역을 기판을 가로지른 20회의 래스터 스캐닝 (접촉력 ∼0.1nN)에 의해 ODT로 코팅된 팁으로 덮어썼다 (도 11의 어두운 부분). 이 실험에서 수송 매질로서 수분을 사용했고, 이 실험에 사용된 패터닝 화합물의 수용성은 매우 낮기 때문에, 나노구조를 생성하기 위해 사용된 분자와 노광된 금에 덮어쓰는데 사용된 분자 사이에 본질적으로는 검출가능한 변화가 없었다 (도 11).One of the unique capabilities of DPNs is called "overwriting". Overwriting involves creating a soft structure with a certain patterning compound and then filling it with a second type of patterning compound across the original nanostructure. As a further test of the spherical experiments to demonstrate the ability of multiple patterning compounds, high registries, and DPN over a moderately wide area, three geometries (100 triangles) with 100 nm wide lines using MHA coated tips Squares and pentagons). The tip was then replaced with an ODT coated tip and the ODT coated tip by 20 raster scans (contact force ˜0.1 nN) across the substrate in a 10 μm × 8.5 μm area containing the original nanostructures. Overwritten (dark part in Figure 11). Since water was used as the transport medium in this experiment, and the water solubility of the patterning compound used in this experiment was very low, it was essentially detectable between the molecule used to create the nanostructure and the molecule used to overwrite the exposed gold. There was no possible change (FIG. 11).
요컨데, DPN의 고해상도 다중 패터닝 화합물 레지스트레이션 능력이 입증되었다. 원자적으로 평평한 Au(111) 표면에서, 공간 해상도가 10 nm보다 더 양호한 15 nm의 패턴이 생성되었다. 무정형 금과 같은 거친 표면에서도, 공간 해상도는 연질 재료의 패터닝을 위한 종래의 광-리소그래피 방법 및 전자빔 리소그래피 방법보다 더욱 우수했다.In sum, DPN's high resolution multiple patterning compound registration capability has been demonstrated. On the atomically flat Au (111) surface, a pattern of 15 nm was produced with better spatial resolution than 10 nm. Even on rough surfaces such as amorphous gold, spatial resolution was better than conventional photo-lithography methods and electron beam lithography methods for patterning soft materials.
Claims (45)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11513399P | 1999-01-07 | 1999-01-07 | |
US60/115,133 | 1999-01-07 | ||
US15763399P | 1999-10-04 | 1999-10-04 | |
US60/157,633 | 1999-10-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20010110413A true KR20010110413A (en) | 2001-12-13 |
KR100668591B1 KR100668591B1 (en) | 2007-01-17 |
Family
ID=26812875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020017008631A KR100668591B1 (en) | 1999-01-07 | 2000-01-07 | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (5) | US6635311B1 (en) |
EP (1) | EP1157407B1 (en) |
JP (2) | JP3963650B2 (en) |
KR (1) | KR100668591B1 (en) |
CN (2) | CN1284719C (en) |
AT (1) | ATE488858T1 (en) |
AU (1) | AU778568B2 (en) |
CA (1) | CA2358215C (en) |
DE (1) | DE60045239D1 (en) |
HK (2) | HK1041744B (en) |
TW (1) | TW473767B (en) |
WO (1) | WO2000041213A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100656998B1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-12-13 | 엘지전자 주식회사 | Organic Thin Film Transistor element manufacturing method using dippen |
Families Citing this family (141)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2583899A (en) | 1998-02-04 | 1999-08-23 | Invitrogen Corporation | Microarrays and uses therefor |
US6576478B1 (en) * | 1998-07-14 | 2003-06-10 | Zyomyx, Inc. | Microdevices for high-throughput screening of biomolecules |
US6897073B2 (en) * | 1998-07-14 | 2005-05-24 | Zyomyx, Inc. | Non-specific binding resistant protein arrays and methods for making the same |
US6827979B2 (en) * | 1999-01-07 | 2004-12-07 | Northwestern University | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby |
US20020122873A1 (en) * | 2000-01-05 | 2002-09-05 | Mirkin Chad A. | Nanolithography methods and products therefor and produced thereby |
US6635311B1 (en) | 1999-01-07 | 2003-10-21 | Northwestern University | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or products thereby |
US20030073250A1 (en) * | 1999-05-21 | 2003-04-17 | Eric Henderson | Method and apparatus for solid state molecular analysis |
KR20040010041A (en) | 2000-05-04 | 2004-01-31 | 예일 유니버시티 | High density protein arrays for screening of protein activity |
ATE402760T1 (en) * | 2000-08-15 | 2008-08-15 | Bioforce Nanosciences Inc | DEVICE FOR FORMING NANOMOLECULAR NETWORKS |
AU2002239740A1 (en) | 2000-10-20 | 2002-06-11 | Chad A. Mirkin | Nanolithography methods and products therefor and produced thereby |
JP3544353B2 (en) * | 2000-11-27 | 2004-07-21 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | Preparation method of ultrafine metal chalcogenide particles |
WO2003001633A2 (en) * | 2001-01-26 | 2003-01-03 | Northwestern University | Method and device utilizing driving force to deliver deposition compound |
US6817293B2 (en) * | 2001-03-28 | 2004-11-16 | Dainippon Printing Co., Ltd. | Patterning method with micro-contact printing and its printed product |
WO2002085846A1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-10-31 | Japan Science And Technology Corporation | Polymercaptopolyphenyls and method for synthesis thereof |
US6642129B2 (en) * | 2001-07-26 | 2003-11-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Parallel, individually addressable probes for nanolithography |
JP4570363B2 (en) * | 2001-10-02 | 2010-10-27 | ノースウエスタン ユニヴァーシティ | Protein and peptide nanoarrays |
AU2002360446A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-17 | Northwestern University | Direct write nanolithographic deposition of nucleic acids from nanoscopic tips |
US7361310B1 (en) * | 2001-11-30 | 2008-04-22 | Northwestern University | Direct write nanolithographic deposition of nucleic acids from nanoscopic tips |
TWI287170B (en) * | 2001-12-17 | 2007-09-21 | Univ Northwestern | Patterning of solid state features by direct write nanolithographic printing |
US6972155B2 (en) * | 2002-01-18 | 2005-12-06 | North Carolina State University | Gradient fabrication to direct transport on a surface |
US7998528B2 (en) * | 2002-02-14 | 2011-08-16 | Massachusetts Institute Of Technology | Method for direct fabrication of nanostructures |
AU2003211027A1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-13 | Nanoink, Inc. | Method and apparatus for aligning patterns on a substrate |
US7102656B2 (en) | 2002-05-21 | 2006-09-05 | Northwestern University | Electrostatically driven lithography |
WO2004033480A2 (en) * | 2002-05-21 | 2004-04-22 | Northwestern University | Peptide and protein arrays and direct-write lithographic printing of peptides and proteins |
US20050239193A1 (en) * | 2002-05-30 | 2005-10-27 | Bioforce Nanosciences, Inc. | Device and method of use for detection and characterization of microorganisms and microparticles |
AU2003228259A1 (en) * | 2002-08-08 | 2004-02-25 | Nanoink, Inc. | Protosubstrates |
US7098056B2 (en) * | 2002-08-09 | 2006-08-29 | Nanoink, Inc. | Apparatus, materials, and methods for fabrication and catalysis |
US8071168B2 (en) * | 2002-08-26 | 2011-12-06 | Nanoink, Inc. | Micrometric direct-write methods for patterning conductive material and applications to flat panel display repair |
US7005378B2 (en) * | 2002-08-26 | 2006-02-28 | Nanoink, Inc. | Processes for fabricating conductive patterns using nanolithography as a patterning tool |
AU2003267244A1 (en) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Northwestern University | Patterning magnetic nanostructures |
US7491422B2 (en) * | 2002-10-21 | 2009-02-17 | Nanoink, Inc. | Direct-write nanolithography method of transporting ink with an elastomeric polymer coated nanoscopic tip to form a structure having internal hollows on a substrate |
JP2006504136A (en) * | 2002-10-21 | 2006-02-02 | ナノインク インコーポレーティッド | Nanometer scale design structure, manufacturing method and apparatus thereof, mask repair, reinforcement, and application to manufacturing |
AU2003287618A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-06-03 | Nanoink, Inc. | Methods and apparatus for ink delivery to nanolithographic probe systems |
WO2004049403A2 (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-10 | Florida State University | Depositing nanowires on a substrate |
CA2512181A1 (en) * | 2003-01-02 | 2004-07-22 | Bioforce Nanosciences, Inc. | Method and apparatus for molecular analysis in small sample volumes |
US7321012B2 (en) | 2003-02-28 | 2008-01-22 | The University Of Connecticut | Method of crosslinking intrinsically conductive polymers or intrinsically conductive polymer precursors and the articles obtained therefrom |
US7217396B2 (en) * | 2003-05-05 | 2007-05-15 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Microfabricated micro fluid channels |
US20040228962A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-18 | Chang Liu | Scanning probe microscopy probe and method for scanning probe contact printing |
WO2005048283A2 (en) | 2003-07-18 | 2005-05-26 | Northwestern University | Surface and site-specific polymerization by direct-write lithography |
WO2005019095A1 (en) * | 2003-08-20 | 2005-03-03 | Qucor Pty Ltd | Fabricating nanoscale and atomic scale devices |
CA2543737A1 (en) * | 2003-10-30 | 2005-05-12 | Applied Medical Resources Corporation | Surface treatments and modifications using nanostructure materials |
JP4295712B2 (en) | 2003-11-14 | 2009-07-15 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | Lithographic apparatus and apparatus manufacturing method |
US20050112505A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | Huang Wen C. | Field-assisted micro- and nano-fabrication method |
CN1654230B (en) * | 2004-02-10 | 2010-05-12 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Method for manufacturing nanometer pattern by nanometer etching technology dipping in dynamic combination mode |
US20080138927A1 (en) * | 2004-03-11 | 2008-06-12 | The University Of Vermont And State Agricultural College | Systems and Methods for Fabricating Crystalline Thin Structures Using Meniscal Growth Techniques |
WO2005089415A2 (en) * | 2004-03-23 | 2005-09-29 | The Regents Of The University Of California | Stabilization of self-assembled monolayers |
US8235302B2 (en) * | 2004-04-20 | 2012-08-07 | Nanolnk, Inc. | Identification features |
JP2007535681A (en) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | バイオフォース・ナノサイエンシィズ・インコーポレーテッド | Method and apparatus for depositing material on a surface |
JP4444734B2 (en) * | 2004-06-07 | 2010-03-31 | キヤノン株式会社 | Fine pattern forming device |
US20050282308A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-22 | Albrecht Uhlig | Organic electroluminescent display device and method of producing the same |
US7253409B2 (en) * | 2004-07-20 | 2007-08-07 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Electrochemical nano-patterning using ionic conductors |
US20060242740A1 (en) * | 2004-08-11 | 2006-10-26 | California Institute Of Technology | Method and device for surfactant activated Dip-Pen Nanolithography |
DE602005024312D1 (en) * | 2004-08-18 | 2010-12-02 | Us Gov Navy Naval Res Lab | HEAT CONTROL OF DEPOSITION IN DPN (DIP-PEN-NANOLITHOGRAPHY) |
US7541062B2 (en) | 2004-08-18 | 2009-06-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Thermal control of deposition in dip pen nanolithography |
US8261662B1 (en) | 2004-11-08 | 2012-09-11 | Nanolnk, Inc. | Active pen nanolithography |
DE502005003509D1 (en) * | 2004-11-19 | 2008-05-08 | Ebm Papst St Georgen Gmbh & Co | ARRANGEMENT WITH ONE FAN AND ONE PUMP |
US20100297027A1 (en) * | 2004-12-20 | 2010-11-25 | Nanolnk, Inc. | Overt authentication features for compositions and objects and methods of fabrication and verification thereof |
US20100294147A1 (en) * | 2004-12-20 | 2010-11-25 | Nanoink, Inc. | Apparatus and methods for preparing identification features including pharmaceutical applications |
US7323699B2 (en) * | 2005-02-02 | 2008-01-29 | Rave, Llc | Apparatus and method for modifying an object |
US20060222869A1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-05 | Yuguang Cai | Electropen lithography |
KR101205937B1 (en) * | 2005-04-12 | 2012-11-28 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | Nanocontact printing |
US8057857B2 (en) * | 2005-07-06 | 2011-11-15 | Northwestern University | Phase separation in patterned structures |
EP1940734A2 (en) | 2005-08-10 | 2008-07-09 | Northwestern University | Composite particles |
EP1755137A1 (en) | 2005-08-18 | 2007-02-21 | University of Teheran | A method of forming a carbon nanotube emitter, carbon nanotube emitter with applications in nano-printing and use thereof |
US7569340B2 (en) * | 2005-08-31 | 2009-08-04 | Northwestern University | Nanoarrays of single virus particles, methods and instrumentation for the fabrication and use thereof |
US20100294927A1 (en) * | 2005-09-12 | 2010-11-25 | Nanolnk, Inc. | High throughput inspecting |
US7586583B2 (en) | 2005-09-15 | 2009-09-08 | Franklin Mark Schellenberg | Nanolithography system |
US7281419B2 (en) * | 2005-09-21 | 2007-10-16 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Multifunctional probe array system |
US7473912B2 (en) * | 2005-11-09 | 2009-01-06 | Yang Xiao Charles | Method and apparatus for patterning micro and nano structures using a mask-less process |
US7511510B2 (en) * | 2005-11-30 | 2009-03-31 | International Business Machines Corporation | Nanoscale fault isolation and measurement system |
US8192794B2 (en) * | 2006-04-19 | 2012-06-05 | Northwestern University | Massively parallel lithography with two-dimensional pen arrays |
EP2013662B1 (en) | 2006-04-19 | 2013-08-14 | Northwestern University | Article for parallel lithography with two-dimensional pen arrays |
KR20090049578A (en) | 2006-06-28 | 2009-05-18 | 노쓰웨스턴유니버시티 | Etching and hole arrays |
DE102006033332A1 (en) | 2006-07-19 | 2008-01-31 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method of applying membrane lipids to a substrate |
US8256017B2 (en) * | 2006-08-31 | 2012-08-28 | Nanoink, Inc. | Using optical deflection of cantilevers for alignment |
CN101003357B (en) * | 2007-01-12 | 2011-01-19 | 哈尔滨工业大学 | Method for making nano microstructure based on constant force mode of atomic force microscope |
US7680553B2 (en) | 2007-03-08 | 2010-03-16 | Smp Logic Systems Llc | Methods of interfacing nanomaterials for the monitoring and execution of pharmaceutical manufacturing processes |
KR20100015321A (en) * | 2007-03-13 | 2010-02-12 | 나노잉크, 인크. | Nanolithography wiht use of viewports |
WO2008118399A1 (en) | 2007-03-26 | 2008-10-02 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Ultrahigh density patterning of conducting media |
US20080242559A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-02 | Northwestern University | Protein and peptide arrays |
US20090023607A1 (en) * | 2007-05-09 | 2009-01-22 | Nanolnk, Inc. | Compact nanofabrication apparatus |
US20120164396A1 (en) * | 2007-06-20 | 2012-06-28 | Northwestern University | Matrix assisted ink transport |
US20090004231A1 (en) | 2007-06-30 | 2009-01-01 | Popp Shane M | Pharmaceutical dosage forms fabricated with nanomaterials for quality monitoring |
WO2009020658A1 (en) * | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Northwestern University | Independently-addressable, self-correcting inking for cantilever arrays |
JP2011502183A (en) * | 2007-10-15 | 2011-01-20 | ナノインク インコーポレーティッド | Lithography of nanoparticle-based inks |
US7829735B2 (en) * | 2007-10-26 | 2010-11-09 | Northwestern University | Universal phosphoramidite for preparation of modified biomolecules and surfaces |
US20100297228A1 (en) * | 2007-10-29 | 2010-11-25 | Nanolnk, Inc. | Universal coating for imprinting identification features |
WO2009070622A2 (en) * | 2007-11-26 | 2009-06-04 | Nanoink, Inc. | Cantilever with pivoting actuation |
US8256018B2 (en) * | 2008-02-05 | 2012-08-28 | Nanoink, Inc. | Array and cantilever array leveling |
US8068328B2 (en) * | 2008-03-12 | 2011-11-29 | Intel Corporation | Nanolithographic method of manufacturing an embedded passive device for a microelectronic application, and microelectronic device containing same |
ES2687650T3 (en) | 2008-04-25 | 2018-10-26 | Northwestern University | Lithography of Polymer Feathers |
US8393011B2 (en) * | 2008-05-13 | 2013-03-05 | Nanoink, Inc. | Piezoresistor height sensing cantilever |
US8632964B2 (en) * | 2008-05-30 | 2014-01-21 | University Of Strathclyde | Detection system |
GB0812789D0 (en) * | 2008-07-12 | 2008-08-20 | Univ Liverpool | Materials and methods for cell growth |
US8070929B2 (en) * | 2008-08-21 | 2011-12-06 | Snu R&Db Foundation | Catalyst particles on a tip |
US7917966B2 (en) * | 2008-08-21 | 2011-03-29 | Snu R&Db Foundation | Aligned nanostructures on a tip |
US20100143666A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-10 | Northwestern University | Redox activated patterning |
WO2010085768A1 (en) | 2009-01-26 | 2010-07-29 | Nanoink,Inc. | Large area, homogeneous array fabbrication including leveling with use of bright spots |
US20100227063A1 (en) * | 2009-01-26 | 2010-09-09 | Nanoink, Inc. | Large area, homogeneous array fabrication including substrate temperature control |
US20100221505A1 (en) * | 2009-01-26 | 2010-09-02 | Nanolnk, Inc. | Large area, homogeneous array fabrication including homogeneous substrates |
US20100229264A1 (en) * | 2009-01-26 | 2010-09-09 | Nanoink, Inc. | Large area, homogeneous array fabrication including controlled tip loading vapor deposition |
US20100288543A1 (en) * | 2009-04-14 | 2010-11-18 | Nanoink, Inc. | Conducting lines, nanoparticles, inks, and patterning |
KR20120013984A (en) * | 2009-04-24 | 2012-02-15 | 노오쓰웨스턴 유니버시티 | Multiplexed biomolecule arrays made by polymer pen lithography |
DE102009019717A1 (en) | 2009-05-05 | 2010-11-11 | Karlsruher Institut für Technologie | Method and use of an optical grating for detecting the presence of molecules |
WO2011002806A1 (en) | 2009-06-30 | 2011-01-06 | Nanoink, Inc. | Advanced photomask repair |
AU2010273486A1 (en) * | 2009-07-14 | 2012-02-02 | Nanoink, Inc. | Methods for forming hydrogels on surfaces and articles formed thereby |
US20110014378A1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | Nanoink, Inc. | Leveling devices and methods |
WO2011014845A1 (en) | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Nanoink, Inc. | Screening system to identify patterns on substrate surfaces for inducing stem cell differentiation and producing homogenous population of a desired cell type |
JP2013512790A (en) * | 2009-12-02 | 2013-04-18 | ノースウェスタン ユニバーシティ | Nanolithography using block copolymers |
WO2011071753A2 (en) | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Northwestern University | Generation of combinatorial patterns by deliberate tilting of a polymer-pen array |
US8745761B2 (en) * | 2009-12-07 | 2014-06-03 | Northwestern University | Force feedback leveling of tip arrays for nanolithography |
JP2013524258A (en) | 2010-04-14 | 2013-06-17 | ナノインク インコーポレーティッド | Cantilever for adhesion |
US20110277193A1 (en) | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Nanolnk, Inc. | Sensors and biosensors |
EP2564272A2 (en) | 2010-04-27 | 2013-03-06 | Nanoink, Inc. | Ball-spacer method for planar object leveling |
KR20130111198A (en) | 2010-08-24 | 2013-10-10 | 나노잉크, 인크. | Leveling devices and methods |
DE202010013706U1 (en) | 2010-09-28 | 2011-03-24 | NANOINK, INC., Skokie | Device for leveling |
US20120088694A1 (en) | 2010-10-07 | 2012-04-12 | Nanoink, Inc. | Cell assay methods and articles |
TW201236760A (en) | 2010-11-01 | 2012-09-16 | Nanoink Inc | High-throughput assay methods and articles |
TW201234011A (en) | 2010-11-01 | 2012-08-16 | Nanoink Inc | High-throughput slide processing apparatus |
TW201250845A (en) | 2011-05-17 | 2012-12-16 | Nanoink Inc | High density, hard tip arrays |
WO2012166794A1 (en) | 2011-05-31 | 2012-12-06 | Nanoink, Inc. | Patterning and cellular co-culture |
KR101345337B1 (en) * | 2011-06-13 | 2013-12-30 | 한국생명공학연구원 | Preparation apparatus and method of nanopositioning for one-tip multicomponent nano-inking system in the dip-pen nanolithography |
TW201313288A (en) | 2011-09-23 | 2013-04-01 | Nanoink Inc | Accurate quantitation of biomarkers in samples |
WO2013059670A2 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Nanoink, Inc. | Octahedral and pyramid-on-post tips for microscopy and lithography |
WO2013067395A2 (en) | 2011-11-04 | 2013-05-10 | Nanoink, Inc. | Method and apparatus for improving ink deposition |
US8740209B2 (en) * | 2012-02-22 | 2014-06-03 | Expresslo Llc | Method and apparatus for ex-situ lift-out specimen preparation |
CN102698679B (en) * | 2012-06-26 | 2014-04-16 | 南京航空航天大学 | Method for operating nano matters |
CN102880010A (en) * | 2012-09-05 | 2013-01-16 | 中国科学院光电技术研究所 | Surface plasma super-diffraction photoetching method based on metal-medium-probe structure |
KR102253995B1 (en) | 2013-03-12 | 2021-05-18 | 마이크로닉 아베 | Mechanically produced alignment fiducial method and alignment system |
WO2014140047A2 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Micronic Mydata AB | Method and device for writing photomasks with reduced mura errors |
US20150151424A1 (en) | 2013-10-29 | 2015-06-04 | Black & Decker Inc. | Power tool with ergonomic handgrip |
US9622483B2 (en) | 2014-02-19 | 2017-04-18 | Corning Incorporated | Antimicrobial glass compositions, glasses and polymeric articles incorporating the same |
KR101597025B1 (en) * | 2014-04-23 | 2016-03-07 | 한양대학교 산학협력단 | Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications |
CN104495744A (en) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Method of directly implementing dip-pen nanolithography on hydrophobic substrate |
WO2018092284A1 (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 株式会社島津製作所 | Ionization method, ionization apparatus, imaging analysis method, and imaging analysis apparatus |
US11162192B2 (en) | 2017-12-01 | 2021-11-02 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Materials and methods relating to single molecule arrays |
CN108535516A (en) * | 2018-02-05 | 2018-09-14 | 多氟多(焦作)新能源科技有限公司 | A method of measuring pole piece SEI film thicknesses using atomic force microscope |
RU182469U1 (en) * | 2018-02-12 | 2018-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR STRUCTURE |
RU182711U1 (en) * | 2018-02-26 | 2018-08-29 | Акционерное общество "ЛОМО" | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR |
ES2684851B2 (en) * | 2018-07-27 | 2019-06-19 | Univ Madrid Politecnica | METHOD FOR OBTAINING SOMETHING POINTS OF ATOMIC FORCE MICROSCOPY FUNCTIONALIZED THROUGH ACTIVATED STEAM SILANIZATION, AND THE POINTS OBTAINED BY SUCH METHOD |
CN109765407B (en) * | 2019-01-10 | 2020-03-17 | 西安交通大学 | Preparation method of large length-diameter ratio probe based on one-dimensional nano material |
Family Cites Families (58)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4479831A (en) | 1980-09-15 | 1984-10-30 | Burroughs Corporation | Method of making low resistance polysilicon gate transistors and low resistance interconnections therefor via gas deposited in-situ doped amorphous layer and heat-treatment |
JPH0216404A (en) | 1988-03-25 | 1990-01-19 | Canon Inc | Coated probe electrode |
US5221415A (en) | 1989-01-17 | 1993-06-22 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of forming microfabricated cantilever stylus with integrated pyramidal tip |
US5015323A (en) * | 1989-10-10 | 1991-05-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Multi-tipped field-emission tool for nanostructure fabrication |
US5126574A (en) * | 1989-10-10 | 1992-06-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Microtip-controlled nanostructure fabrication and multi-tipped field-emission tool for parallel-process nanostructure fabrication |
US5747334A (en) | 1990-02-15 | 1998-05-05 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Random peptide library |
US5043578A (en) | 1990-04-05 | 1991-08-27 | International Business Machines Corporation | Writing atomic scale features with fine tip as source of deposited atoms |
JPH05196458A (en) | 1991-01-04 | 1993-08-06 | Univ Leland Stanford Jr | Piezoresistance cantilever structure for atomic power microscope |
JP2992355B2 (en) * | 1991-01-11 | 1999-12-20 | 株式会社日立製作所 | Surface atom processing method and apparatus, and surface atom recording / detection method |
EP0522168A1 (en) * | 1991-01-11 | 1993-01-13 | Hitachi, Ltd. | Surface atom machining method and apparatus |
JPH04355914A (en) | 1991-02-06 | 1992-12-09 | Olympus Optical Co Ltd | Lithographic device |
US5363697A (en) | 1991-04-30 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Scanning probe microscope, molecular processing method using the scanning probe microscope and DNA base arrangement detecting method |
US5138174A (en) | 1991-07-16 | 1992-08-11 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Nanometer-scale structures and lithography |
US5155361A (en) | 1991-07-26 | 1992-10-13 | The Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Potentiostatic preparation of molecular adsorbates for scanning probe microscopy |
JPH0534144A (en) | 1991-07-30 | 1993-02-09 | Toshiba Corp | Interatomic force microscope |
US5254854A (en) | 1991-11-04 | 1993-10-19 | At&T Bell Laboratories | Scanning microscope comprising force-sensing means and position-sensitive photodetector |
GB9213423D0 (en) | 1992-06-24 | 1992-08-05 | Hitachi Europ Ltd | Nanofabricated structures |
US5252835A (en) | 1992-07-17 | 1993-10-12 | President And Trustees Of Harvard College | Machining oxide thin-films with an atomic force microscope: pattern and object formation on the nanometer scale |
US5372930A (en) | 1992-09-16 | 1994-12-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Sensor for ultra-low concentration molecular recognition |
US5472881A (en) | 1992-11-12 | 1995-12-05 | University Of Utah Research Foundation | Thiol labeling of DNA for attachment to gold surfaces |
US5345985A (en) * | 1993-02-16 | 1994-09-13 | Murphy Jeffrey W | Tree stump removal method and apparatus |
JP3224625B2 (en) * | 1993-03-05 | 2001-11-05 | 日本電子株式会社 | Sample surface processing chip, manufacturing method thereof and sample surface processing apparatus |
US5354985A (en) | 1993-06-03 | 1994-10-11 | Stanford University | Near field scanning optical and force microscope including cantilever and optical waveguide |
US5776748A (en) | 1993-10-04 | 1998-07-07 | President And Fellows Of Harvard College | Method of formation of microstamped patterns on plates for adhesion of cells and other biological materials, devices and uses therefor |
US5666190A (en) | 1994-04-12 | 1997-09-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Method of performing lithography using cantilever array |
US5618760A (en) | 1994-04-12 | 1997-04-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Method of etching a pattern on a substrate using a scanning probe microscope |
US5517280A (en) | 1994-04-12 | 1996-05-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Photolithography system |
US5742377A (en) | 1994-04-12 | 1998-04-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Cantilever for scanning probe microscope including piezoelectric element and method of using the same |
JP2763745B2 (en) * | 1994-07-06 | 1998-06-11 | 科学技術振興事業団 | Tip-coated atom transfer method |
US6353219B1 (en) | 1994-07-28 | 2002-03-05 | Victor B. Kley | Object inspection and/or modification system and method |
US5985356A (en) | 1994-10-18 | 1999-11-16 | The Regents Of The University Of California | Combinatorial synthesis of novel materials |
US5712171A (en) | 1995-01-20 | 1998-01-27 | Arqule, Inc. | Method of generating a plurality of chemical compounds in a spatially arranged array |
DE19504855A1 (en) | 1995-02-15 | 1996-08-22 | Basf Ag | Process for chemically differentiating imaging using atomic force microscopy |
JPH11509172A (en) | 1995-04-07 | 1999-08-17 | サイトジェン・コーポレーション | Polypeptide having desired functional domain and method for identifying and using the same |
US5630932A (en) | 1995-09-06 | 1997-05-20 | Molecular Imaging Corporation | Tip etching system and method for etching platinum-containing wire |
US5874668A (en) | 1995-10-24 | 1999-02-23 | Arch Development Corporation | Atomic force microscope for biological specimens |
JP3574521B2 (en) * | 1995-11-02 | 2004-10-06 | 株式会社リコー | Optical information recording medium reproducing apparatus and reproducing method |
CN1046174C (en) * | 1996-08-16 | 1999-11-03 | 复旦大学 | Method for manufacturing nano-width organic conductive wires |
KR100228398B1 (en) | 1996-12-18 | 1999-11-01 | 정선종 | Micro dry etching device using laser ablation |
US5922214A (en) | 1997-01-17 | 1999-07-13 | Wayne State University | Nanometer scale fabrication method to produce thin film nanostructures |
AU1925699A (en) | 1997-12-18 | 1999-07-05 | Sepracor, Inc. | Methods for the simultaneous identification of novel biological targets and leadstructures for drug development |
US6576478B1 (en) | 1998-07-14 | 2003-06-10 | Zyomyx, Inc. | Microdevices for high-throughput screening of biomolecules |
US6406921B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-06-18 | Zyomyx, Incorporated | Protein arrays for high-throughput screening |
CA2353072A1 (en) | 1998-12-14 | 2000-06-22 | Palatin Technologies, Inc. | Metallopeptide combinatorial libraries and applications |
US6827979B2 (en) * | 1999-01-07 | 2004-12-07 | Northwestern University | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby |
US6635311B1 (en) * | 1999-01-07 | 2003-10-21 | Northwestern University | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or products thereby |
WO2000046406A2 (en) | 1999-02-05 | 2000-08-10 | Alphagene, Inc. | Arrays for investigating protein protein interactions |
US6181097B1 (en) | 1999-02-11 | 2001-01-30 | Institute Of Materials Research And Engineering | High precision three-dimensional alignment system for lithography, fabrication and inspection |
US6270946B1 (en) | 1999-03-18 | 2001-08-07 | Luna Innovations, Inc. | Non-lithographic process for producing nanoscale features on a substrate |
US6573369B2 (en) | 1999-05-21 | 2003-06-03 | Bioforce Nanosciences, Inc. | Method and apparatus for solid state molecular analysis |
US20010044106A1 (en) | 1999-05-21 | 2001-11-22 | Eric Henderson | Method and apparatus for solid state molecular analysis |
US6262426B1 (en) | 1999-10-27 | 2001-07-17 | S&F Technological Development And Solutions Partners | Technique and process for the imaging and formation of various devices and surfaces |
US7291284B2 (en) * | 2000-05-26 | 2007-11-06 | Northwestern University | Fabrication of sub-50 nm solid-state nanostructures based on nanolithography |
ATE402760T1 (en) | 2000-08-15 | 2008-08-15 | Bioforce Nanosciences Inc | DEVICE FOR FORMING NANOMOLECULAR NETWORKS |
AU2002239740A1 (en) * | 2000-10-20 | 2002-06-11 | Chad A. Mirkin | Nanolithography methods and products therefor and produced thereby |
US7361310B1 (en) * | 2001-11-30 | 2008-04-22 | Northwestern University | Direct write nanolithographic deposition of nucleic acids from nanoscopic tips |
WO2004033480A2 (en) * | 2002-05-21 | 2004-04-22 | Northwestern University | Peptide and protein arrays and direct-write lithographic printing of peptides and proteins |
WO2005048283A2 (en) * | 2003-07-18 | 2005-05-26 | Northwestern University | Surface and site-specific polymerization by direct-write lithography |
-
2000
- 2000-01-05 US US09/477,997 patent/US6635311B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-07 CN CNB008039879A patent/CN1284719C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-07 WO PCT/US2000/000319 patent/WO2000041213A1/en active IP Right Grant
- 2000-01-07 CN CN2006101389900A patent/CN101003355B/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-07 CA CA2358215A patent/CA2358215C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-07 JP JP2000592858A patent/JP3963650B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-07 AU AU33440/00A patent/AU778568B2/en not_active Ceased
- 2000-01-07 EP EP00911560A patent/EP1157407B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-07 KR KR1020017008631A patent/KR100668591B1/en not_active IP Right Cessation
- 2000-01-07 AT AT00911560T patent/ATE488858T1/en not_active IP Right Cessation
- 2000-01-07 DE DE60045239T patent/DE60045239D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-21 TW TW089100167A patent/TW473767B/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-05-06 HK HK02103416.8A patent/HK1041744B/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-06-02 US US10/449,685 patent/US7569252B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-04-11 JP JP2007103354A patent/JP2007276109A/en active Pending
- 2007-10-31 US US11/933,275 patent/US8247032B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-01-23 HK HK08100853.8A patent/HK1110298A1/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-07-31 US US12/534,086 patent/US8163345B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-04-18 US US13/450,333 patent/US20120295029A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100656998B1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-12-13 | 엘지전자 주식회사 | Organic Thin Film Transistor element manufacturing method using dippen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE60045239D1 (en) | 2010-12-30 |
AU778568B2 (en) | 2004-12-09 |
ATE488858T1 (en) | 2010-12-15 |
EP1157407A4 (en) | 2003-01-29 |
US8247032B2 (en) | 2012-08-21 |
CN1284719C (en) | 2006-11-15 |
US7569252B2 (en) | 2009-08-04 |
JP2007276109A (en) | 2007-10-25 |
WO2000041213A1 (en) | 2000-07-13 |
EP1157407A1 (en) | 2001-11-28 |
EP1157407B1 (en) | 2010-11-17 |
US20100040847A1 (en) | 2010-02-18 |
US20100098857A1 (en) | 2010-04-22 |
JP3963650B2 (en) | 2007-08-22 |
JP2002539955A (en) | 2002-11-26 |
CA2358215A1 (en) | 2000-07-13 |
US8163345B2 (en) | 2012-04-24 |
CN1341274A (en) | 2002-03-20 |
TW473767B (en) | 2002-01-21 |
HK1041744A1 (en) | 2002-07-19 |
CN101003355A (en) | 2007-07-25 |
CA2358215C (en) | 2012-07-31 |
CN101003355B (en) | 2010-09-01 |
KR100668591B1 (en) | 2007-01-17 |
HK1110298A1 (en) | 2008-07-11 |
US6635311B1 (en) | 2003-10-21 |
US20040028814A1 (en) | 2004-02-12 |
US20120295029A1 (en) | 2012-11-22 |
AU3344000A (en) | 2000-07-24 |
WO2000041213A9 (en) | 2001-10-04 |
HK1041744B (en) | 2011-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100668591B1 (en) | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby | |
US7446324B2 (en) | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products thereof or produced thereby | |
AU2001265003A1 (en) | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby | |
US7887885B2 (en) | Nanolithography methods and products therefor and produced thereby | |
US20030157254A1 (en) | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby | |
Piner et al. | CA Mirkin | |
TW563168B (en) | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby | |
ES2356600T3 (en) | METHODS THAT USE MICROSCOPE POINTS AS SWEEP PROBES. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121226 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131226 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151224 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161229 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180103 Year of fee payment: 12 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |